串口基本知识

概述：

• RS232适用于短距离通信，RS485适用于长距离的多点通信，而RS422适用于中长距离的高速通信。选择适合的串口标准应根据具体应用场景的需求来进行。

RS232的优缺点

• RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的，其驱动器负载为3 ~ 7kQ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

缺点：

1. 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接
2. 传输速率较低，在异步传输时，波特率为100kbps左右
3. 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰所以抗噪声干扰性弱。
4. 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右缺点:数据传输速度慢、通讯距离短、未规定校准的连接器、接口处各信号间易产生串扰

通讯距离: 9600波特率下建议在13米以内。波特率越大，传输速度越快，传输距离越短，抗干扰能力越差。

RS485

• RS485是一种多点通信的串口标准，适用于连接多个设备的长距离通信。RS485使用一对数据线（D+和D-）进行差分传输，可以实现最长达1200米的通信距离。RS485可以实现半双工或全双工通信，支持最高传输速率为10 Mbps，电压电平范围为-7V至+12V。RS485常用于工业自动化领域，如监控系统、电力系统等。

RS422

• RS422也是一种多点通信的串口标准，类似于RS485，但通信距离较短。RS422使用两对差分数据线（发送线和接收线）进行差分传输，可以实现最长达1200米的通信距离。RS422支持全双工通信，传输速率可达10 Mbps，电压电平范围为-7V至+7V。RS422常用于连接需要高速、长距离传输的设备，如高速打印机、数据采集设备等。
• RS422和RS485类似，区别在于他的总线是两组双绞线(4根线)，分别标示为R+ R- T+ T- 。缺点是布线成本高，容易搞错。

平衡传输

RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2~ +6V，是一个逻辑状态，负电平在-2 ~ 6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一"使能"端，而在RS-422中这是可用可不用的。"使能"端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当"使能"端起作用时，发送驱动器处于高位状态，称作"第三态”，即它是有别于逻辑"1"与"0”的第三态。

接线定义和电气特性

TTL波形分析

1. 串行数据的格式
   异步串行数据的一般格式是：起始位+数据位+停止位（无校验），其中起始位1 位，数据位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。
   通常我们将串口通信的格式设置为1起始位，1停止位，8数据位。
   这样传输1byte数据是10bit。

带宽

• 带宽，又叫频宽，是数据的传输能力，指单位时间内能够传输的比特数。
• 数字设备中带宽用bps（b/s）表示，即每秒最高可以传输的位数。
• 模拟设备中带宽用Hz表示，即每秒传送的信号周期数。
• 通常描述带宽时省略单位，如10M实质是10M b/s。
• 带宽计算公式为：带宽=时钟频率*总线位数/8。、

波特率

• 波特率，又称调制速率、传符号率（符号又称单位码元），指单位时间内载波参数变化的次数，可以以波形每秒的振荡数来衡量，是信号传输速率的度量。单位为“波特每秒（Bps）

计算每个电平的宽度

宽度 = 1 / 波特率（例如 1/460800 ≈ 2.17e-6 s）

• 在示波器上是从起始位开始的(一个下拉的电平)，以停止位结束（一个上拉的电平）：
• 0x55aa(0101 0101 1010 1010)，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。 （先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是从低位向高位逐位传输）
• 线路路空闲或者数据传输结束，对于正逻辑的TTL电平，线路总是1。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。

例如，0x55aa，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图(TTL电平)和(RS-232电平)所示。 （先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是从低位向高位逐位传输）