这三张信号图，考考你真的懂串口通信吗

来自：达尔文说

这里有三个串口通信的信号图，你能看出来是什么串口通信吗？如果区分不出来，这篇文章一定要认真学习！

关于串口通信，很多刚入行的工程师有很多疑问，比如什么是串口通信；平时常用的有哪些，他们之间有什么区别。下面就通过这篇文章，给大家讲清楚：

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什么是串口通信

串口通信是使用串口通讯协议方式的通信统称。在通信时，将数据按位（bit）顺序传输，每位数据占据固定的时间长度，仅用一根接收线和一根发送线即可实现。

通信的双方需要互相约定好两个重要的内容：

1）传输的速度，每秒钟传送的二进制位数，即波特率，例如标准的9600波特率就是每秒传送9600个二进制位。

2）数据格式，一组有效的数据包含哪些内容，一般从起始位开始，中间有数据位、校验位，然后在停止位结束。其中数据位可以是5,6,7或者8位；校验位是用于检查数据传输的准确性，常见的有奇偶校验，或偶校验，或无校验位；停止位是在每个字符传输结束时发送的一个位。通常情况下，停止位为1位或2位。

串口传输数据格式

在数字电路中，只认0和1 ，在一根数据线上怎么确定传输的内容是什么呢？这就需要把数据线上的电平转换成对应的0或1。不同的串口通常按照协议标准，会把不同的电压区间划分成高低电平，比如高于2.4V的高电平认为是1，低于1.2V的低电平认为是0。

TTL电平转换标准

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常见的串口通信如何选择？

设备内部或板间通信——TTL串口

TTL串口是指通过TTL电平进行串口通信的一种方式。TTL是一种电平标准，规定：

输出：小于0.8V是低电平，为逻辑0；大于2.4V是高电平，为逻辑1；

输入：小于1.2V是低电平，为逻辑0；大于2V是高电平，为逻辑1；

在各种单片机MCU或者处理器中，TTL串口是标配，因为TTL电平信号可直接与集成电路连接而不需要额外的转换器，而且设备内部的数据传输一般要有比较高的传输速度，TTL接口的操作恰能满足这个要求。

TTL串口通常只需要三根数据线：接收Rx、发送Tx、接地GND。通信的双方可以同时发送和接收数据。

在实际使用中，通过电平转换芯片，与PC或其他设备通信，比如通过CH340G芯片。

TTL电平的电压范围比较小，一般在0-5V之间。当传输距离比较长的时候，外界的干扰容易导致电平突变，接收数据出现异常，所以TTL串口传输距离很短，一般在1米以内，最常见的就是板级通信。

15米以内的通信——RS232

当设备之间的通信距离在15米左右时，正如上面所说，TTL串口由于电平比较低，但线路任何变化，都有可能引起干扰，导致接收不到正确的电平信号，因此需要一个逻辑电平容差范围较大的通信，这就是RS232了。

RS232的通讯电平是这样定义的：电平-15V~-3V代表逻辑1；+3V~+15V代表逻辑0。如果电压值在-3V~3V之间，就无法辨别了。

集成电路芯片引脚输出的是TTL电平，如果使用RS232通信，就必须要使用专用的转换芯片，将TTL电平转换为RS232电平，具体的芯片电路如下：

经过转换芯片之后的RS232，就可以通过9针串行接口与外部进行通信了。

与TTL串口相比，RS232改变了逻辑电平大小，但传输的还是原来的那些0或者1的数据，也是双方可以同时通讯。

由于传输的距离增加到了10米，RS232的应用范围更广了，比如工业上的一些传感器和测量仪器使用RS232接口进行通信；智能门禁系统的读卡器和门禁控制器之间，可以使用RS232来连接；有些打印机同样通过RS232接口与计算机进行通信，实现数据传输。

1千米远距离通信——RS485

当远距离的通信时，电平容差很高的RS232也可能会遇到干扰，因此需要传输性能更强的串口通信，这就有了RS485。

与RS232和TTL用一根线传输信号不同，RS485采用的是一对差分双绞线，使用缆线两端的电压差值来确定逻辑电平1和0。这对双绞线缠绕在一起，如果有干扰，两根线是同时受到干扰，最后到达接收端的电压差值基本上保持不变，这样对传输的内容不受影响，因此RS485最远传输距离高达1200米。

RS485逻辑电平也有自己的标准：

对于发送端，两根线的电压差+（2~6）V，为逻辑1；电压差-（2~6）V，为逻辑0；

对于接收端，两根线的电压差+（0.2~6）V，为逻辑值1；电压差-（0.2~6）V，为逻辑0

RS485的这对双绞线，在同一时间只能同方向传输，这点与TTL和RS232是不同的。还有一点是RS485独有的，它可以进行多设备组网，实现1对多组网通信，而TTL和RS232只能1对1的简单通信。

设备间进行RS485通信时，也需要转换芯片，把芯片的TTL电平转换为RS485电平。

由于RS-485串口可以进行远距离传输距离、支持多点通信等优点，在工业控制、自动化控制、安防监控等领域，受到青睐。

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总结串口通信类型

上面说的TTL串口、RS232、RS485，是从物理接口区分的。使用串口通讯协议方式的通信方式从其他维度，可以划分以下几种常见的类型，这这里给大家做个总结：

按基本类型分：

并行通信：数据的各位同时发送或接收，每位数据位使用一条数据线。这种方式速度快，但占用资源多，成本高。

串行通信：数据一位接一位地发送或接收。这种方式最少只需一根传输线即可完成，成本低，但相对于并行通信，传送速度慢。

按通信方向分：

单工通信：只允许一方向另外一方传送信息，而另一方不能回传信息，场景有电视遥控器、收音机广播等。

半双工通信：数据可以在双方之间相互传输，但同一时间只能一方发给另外一方，像对讲机就属于半双工。

全双工通信：双方发送数据的同时，也能够接收数据，同步进行，比如电话通信。

按通信方式分：

同步通信：需要使用一个时钟，以数据块为单位传送数据，例如SPI、IIC等。

异步通信：每个设备都有自己的时钟信号，双方波特率要保持一致，以字符为单位进行数据帧传送，一次传送一帧。例如UART（通用异步收发器）等。

正是串口通信的多样性，在很多领域中都占据重要的地位。比如在嵌入式系统中，单片机或者Arm开发板，通过串口可以与外部设备进行数据交换，实现各种功能；在工业现场中，控制器、传感器、执行器等，都需要通过串口进行通信，实时完成工业控制。

很多新入门的电子工程师在开始学习的时候，总是搞不清楚他们的差别。学习了我们这篇文章，可以充分了解串口的定义、分类，以及TTL、RS232、RS485三种最常见的特点、应用场合等。

最后，我们把TTL串口、RS232和RS485，根据逻辑电平标准、传输距离、速率、模式等多个维度，做了整理，希望可以帮助大家快速理解：