01TTL串口

TTL串口是我們?nèi)粘Ｗ鲭娮赢a(chǎn)品調(diào)試時(shí)候常用的一種通訊口，你可以用它來控制外設(shè)芯片，可以用它來做調(diào)試輸出。之所以TTL串口這么受大眾歡迎，是因?yàn)樵谟布用妫B接簡(jiǎn)單，只需要RXD、TXD和GND三根線即可連接兩臺(tái)機(jī)器進(jìn)行通訊，而且通訊方向全雙工。軟件層面，TTL串口沒有復(fù)雜的協(xié)議棧，軟件處理非常簡(jiǎn)單。

但是，5V電平的TTL串口顯然無法做長(zhǎng)距離的通訊，因?yàn)榇型ㄓ嵲谳^長(zhǎng)距離(1m以上)傳輸時(shí)，由于傳輸線纜的阻抗因素影響，外加外部電磁環(huán)境的干擾，5V的單端通訊電平顯然無法做長(zhǎng)距離傳輸?shù)摹Ｊ聦?shí)上，現(xiàn)在一些單片機(jī)的電壓都普遍為3.3V，因此這些單片機(jī)自帶的串口只能做一些近距離的調(diào)試，或者一些PCB板內(nèi)的傳感器、模塊控制。

02RS232串口

為了克服TTL串口傳輸距離不足的問題，RS232串口采用了一種最直接的辦法來解決。其具體做法為：

1 將TTL串口的0~5V電平標(biāo)準(zhǔn)提升到了-12V~+12V;

2 將原本TTL串口中規(guī)定的0V表示數(shù)字0，5V表示數(shù)字1這樣的正邏輯進(jìn)行反向，采用了這種負(fù)邏輯形式，具體規(guī)定為-12V表示數(shù)字1，+12V表示數(shù)字0。

這樣的作法可以解決兩個(gè)問題，首先-12V電平在電路系統(tǒng)中不是常規(guī)電壓，因此將其表示數(shù)字1的好處是，即是通訊電纜上有一個(gè)正電壓的干擾進(jìn)來，也不會(huì)被誤判為1。其次將電壓標(biāo)準(zhǔn)提高到了±12V，可以大大增加傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)力。

介于此，RS232可以用來傳輸一些頻率不是很高，干擾不是很強(qiáng)，距離較長(zhǎng)(綜合距離60m~150m左右，具體看實(shí)際環(huán)境)的信息。因此RS232早前被廣泛用于小型機(jī)終端接入，廣告牌通訊等應(yīng)用。

三線制的RS232有著諸多的有點(diǎn)，如傳輸距離適中，電纜成本低，通訊簡(jiǎn)單等。但是由于RS232需要接受雙方的RXD和TXD線交叉連接，因此這種連接方式注定只能在兩臺(tái)設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。而且在高干擾的電磁環(huán)境中，單端式的電平通信根本無法保證通訊的可靠性。

03RS485串口

RS232采用單端式電壓信號(hào)傳輸有效信息，單端式的通訊很難滿足長(zhǎng)距離的通訊，因?yàn)閱味诵盘?hào)距離過長(zhǎng)時(shí)，地線的阻抗，地線的干擾，還有信號(hào)的失真都會(huì)對(duì)通訊質(zhì)量產(chǎn)生影響。而且隨著科技的發(fā)展，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代的智能儀表和智能設(shè)備技術(shù)了，這種智能儀表和智能設(shè)備的應(yīng)用最重要的一點(diǎn)就是可以多機(jī)組網(wǎng)，而RS485的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。

RS485是一種利用差分傳輸?shù)陌腚p工接口，又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。RS485是一個(gè)定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由電信行業(yè)協(xié)會(huì)和電子工業(yè)聯(lián)盟定義。使用該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)能在遠(yuǎn)距離條件(1200m左右，100Kbps情況下)下以及電子噪聲大的環(huán)境下有效傳輸信號(hào)。

RS485信號(hào)的傳輸是通過一組差分線來實(shí)現(xiàn)的，一般標(biāo)記為A(非反向(non-inverting)信號(hào))和B反向(inverting)信號(hào)。A和B信號(hào)的關(guān)系，RS-485標(biāo)準(zhǔn)中提到：

若是MARK(邏輯1)，線路B信號(hào)電壓比線路A高;

若是SPACE(邏輯0)，線路A信號(hào)電壓比線路B高。

一個(gè)由RS485組成的總線系統(tǒng)中最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)是半雙工的，即每一時(shí)刻只能允許一個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)送信息。由于硬件上RS485網(wǎng)絡(luò)沒有CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè))機(jī)制，因此利用RS485組成的總線系統(tǒng)，必定是單主機(jī)多從機(jī)形式的。大多數(shù)時(shí)刻，從機(jī)都是處于接收狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)請(qǐng)求自己數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，主機(jī)進(jìn)入接收狀態(tài)，被選中的從機(jī)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，將信息發(fā)送給主機(jī)。

RS485接口傳輸?shù)男盘?hào)雖然是差分信號(hào)，但是我們?cè)谌粘?yīng)用的時(shí)候，還是需要將其轉(zhuǎn)換為TTL串口送入單片機(jī)去處理的。

常用的RS485轉(zhuǎn)TTL串口的芯片有MAX485系列芯片，這個(gè)系列芯片中包含了多種其它型號(hào)的芯片，這些芯片使用方法一模一樣，引腳Pin-to-Pin兼容，其原理圖為：

這些芯片的區(qū)別也是存在的，主要的區(qū)別主要在傳輸速率，支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)等。

MAX485/MAX487系列的芯片，其中的A(Pin6)和B(Pin7)用來傳輸RS485差分信號(hào)，一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)需要借一個(gè)120Ω的匹配電阻。

VCC(Pin8)和GND(Pin5)分別是電源和地，輸入電壓為4.75V ≤ VCC ≤ 5.25V。

RO(Pin1)是數(shù)據(jù)輸出，其實(shí)轉(zhuǎn)換成TTL之后就是TTL的RXD，DI(Pin4)是數(shù)據(jù)輸入，轉(zhuǎn)換成TTL之后，就是連接TTL的TXD。

RE(Pin2)是接接收數(shù)據(jù)使能，DE(Pin3)是發(fā)送使能。前面我們說過，由于RS485是半雙工的，因此需要通過MCU來控制整個(gè)數(shù)據(jù)的流向，這兩個(gè)信號(hào)一個(gè)是互斥的，因此我們?yōu)榱斯?jié)約IO口和收發(fā)邏輯不沖突，因此使用時(shí)都將這兩個(gè)引腳接到同一個(gè)IO口，這樣，當(dāng)IO口為1時(shí)，DE有效，此時(shí)RS485總線上的信號(hào)是單片機(jī)TXD信號(hào)轉(zhuǎn)成的差分信號(hào)，當(dāng)IO口為0時(shí)，RE有效，此時(shí)的單片機(jī)RXD引腳一直在監(jiān)控RS485總線上的數(shù)據(jù)。