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標(biāo)題: 關(guān)于RS232通信的幾點(diǎn)疑惑解釋 [打印本頁(yè)]

作者: yjcTcjy 時(shí)間: 2017-11-30 18:05
標(biāo)題: 關(guān)于RS232通信的幾點(diǎn)疑惑解釋
最近畫電路板，對(duì)RS232及相關(guān)電路比較疑惑，查閱了相關(guān)資料，現(xiàn)在羅列出來，以飧讀者。

1)    下述在上傳的文檔中有圖片程序下載電路的流程原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)的TXD、RXD是TTL電平，所以你得萬變不離其宗的將其它信號(hào)轉(zhuǎn)成TTL電平，只有這樣給單片機(jī)下載程序才有可能成功！其中CH340、PL2303等芯片是直接將USB信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平，而MAX232等芯片是將TTL轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)或者將RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL.下面請(qǐng)看利用這種原理的兩種常用方法：
方法一：

請(qǐng)看圖一，這是我們最常見的單片機(jī)下載電路了，其中從②到⑥屬于大家常用的USB轉(zhuǎn)串口線，用這種方案的好處是，如果自己的PC帶有串口（可能很老的機(jī)器沒有USB接口），那么就可以直接給單片機(jī)開發(fā)板下載程序，因?yàn)椴捎眠@種方法的開發(fā)板必定帶有串口接口嘛。當(dāng)然，如果PC僅有USB接口而不帶串口，那么只能找根USB轉(zhuǎn)串口線了（其電路原理就是圖中②到⑥），這里我推薦大家使用采用CH340芯片的USB轉(zhuǎn)串口線，而不要采用PL2303的USB轉(zhuǎn)串口線，因?yàn)镻L2303價(jià)錢便宜所以山寨的水貨較多，這會(huì)導(dǎo)致下載電路不穩(wěn)定，甚至無法正常下載。同時(shí)此方案的壞處是電路板上必定要做一個(gè)9針串口接口（太巨大了），這必將增加了電路PCB的面積，當(dāng)然也就增加了成本啦�。槺惆l(fā)表下個(gè)人見解：那個(gè)9針接口實(shí)在太丑，又大又重，無形中便降低了自己的設(shè)計(jì)檔次，哈哈。所以不推薦這種方法�。�

方法二：

請(qǐng)看圖二，這是我經(jīng)常采用的單片機(jī)下載電路。實(shí)踐證明效果非常好，幾乎沒出過任何問題！它的好處是只需要找根普通的USB2.0線（如圖二中②）就可以下載了，比找根USB轉(zhuǎn)串口線要輕松的多，同時(shí)由于將串口9針接口換成了USB接口，所以電路板的體積、重量也減少了不少，也顯得更美觀時(shí)尚，呵呵。在此強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：推薦使用CH340芯片（可以用CH340G，它引腳間距大很容易焊接）而不是PL2303。
最后附上一張CH340的典型應(yīng)用圖（截自STC的文檔）

2)    USB轉(zhuǎn)TTL、USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)232的區(qū)別首先，為什么要進(jìn)行轉(zhuǎn)換？
因?yàn)閱纹瑱C(jī)通信接口的電平邏輯和PC機(jī)通信接口的電平邏輯不同。
有什么不同？
PC機(jī)上的通信接口有USB接口，相應(yīng)電平邏輯遵照USB原則；還有DB9接口（九針口），相應(yīng)電平邏輯遵照RS-232原則。
而我們的單片機(jī)上的串行通信通過單片機(jī)的RXD、TXD、VCC、GND四個(gè)引腳，相應(yīng)電平邏輯遵照TTL原則。
當(dāng)然，新手小白買的學(xué)習(xí)板上肯定都已經(jīng)集成了類似PL2303、CP2102之類的USB轉(zhuǎn)TTL芯片，相應(yīng)接口也變成了USB接口；有些學(xué)習(xí)板上集成的是MAX232之類的TTL轉(zhuǎn)RS-232芯片，相應(yīng)的接口也變成了DB9接口。
轉(zhuǎn)換的目的是把電平轉(zhuǎn)換到雙方都能識(shí)別，下面分類舉例：
情況1：PC機(jī)USB口與不帶電平轉(zhuǎn)換芯片的單片機(jī)通信
方法：外購(gòu)USB轉(zhuǎn)TTL模塊，如下圖所示。該模塊一端接入PC機(jī)的USB接口，另一端有TXD、RXD、GND、5V、3.3V五個(gè)引腳，分別與單片機(jī)的RXD、TXD、GND、5V引腳相連，對(duì)于采用3.3V供電的單片機(jī)則把5V改為3.3V即可。該模塊核心就是一塊PL2303、CP2102芯片進(jìn)行USB與TTL電平的轉(zhuǎn)換。

情況2：PC機(jī)USB口與集成了USB轉(zhuǎn)TTL芯片的單片機(jī)通信
方法：直接用USB線連接即可，只是單片機(jī)上的USB接口形式有時(shí)會(huì)不同，根據(jù)A-USB、B-USB、micro-USB、mini-USB分別選擇合適的接線
情況3：PC機(jī)USB口與集成了TTL轉(zhuǎn)RS-232芯片的單片機(jī)通信
方法：外購(gòu)USB轉(zhuǎn)RS-232模塊，如下圖所示。該模塊核心是在DB9的一端有一塊CH340或CH341電平轉(zhuǎn)換芯片，把RS-232電平轉(zhuǎn)換為USB電平

情況4：PC機(jī)DB9接口與不帶電平轉(zhuǎn)換芯片的單片機(jī)通信
方法：外購(gòu)RS232轉(zhuǎn)TTL模塊，如下圖所示。該模塊一端是DB9與PC機(jī)DB9連接，一端是RXD、TXD、VCC、GND與單片機(jī)相應(yīng)引腳連接。其核心是一塊max232電平轉(zhuǎn)換芯片。

情況5：PC機(jī)DB9接口與成了USB轉(zhuǎn)TTL芯片的單片機(jī)通信
方法：一般不會(huì)這么進(jìn)行通信PC機(jī)上DB9接口都有了還會(huì)沒有USB接口？如果非要進(jìn)行，外購(gòu)RS-232轉(zhuǎn)USB模塊，如上面提到過的
情況6：PC機(jī)DB9接口與成了RS-232轉(zhuǎn)TTL芯片的單片機(jī)通信
方法：直接用DB9(串口線)連接即可！
用一張圖總結(jié)一下一上幾種情況：

23、串口及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1)    串口 COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑Ø  PointNo.1、串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485指的是串口的電平標(biāo)準(zhǔn)(電信號(hào))。

No.2、接線的時(shí)候，一般只接GND、RX(接收)、TX(發(fā)送)。不接Vcc等電源線，避免與目標(biāo)設(shè)備上的供電沖突。
   （接線法則：主機(jī)的 TX 接目標(biāo)設(shè)備的 RX ，主機(jī)的 RX 接目標(biāo)設(shè)備的 TX ，但是很多設(shè)計(jì)人員為了接線更為直觀而故意顛倒標(biāo)記 RX、TX，可以串200-1kΩ電阻之后嘗試交換�；騈o.4的方法。）

No.3、串口通訊一般不含握手協(xié)議，所以可以只接GND、RX用于純接收，或只接GND、TX用于純發(fā)送。

No.4、串口接線錯(cuò)誤可能會(huì)燒壞芯片，比如：一個(gè)TX拉高的1 灌到了另一個(gè)TX拉低的0。
   （不確定目標(biāo)接線定義的時(shí)候，可以拿確定為RX的線試接另一個(gè)設(shè)備的TX和RX，看是否收到數(shù)據(jù)。）

No.5、CH340、PL2303、CP2102、FT232R 芯片是 USB轉(zhuǎn)成串口(TTL電平輸出)的芯片，需要安裝Windows驅(qū)動(dòng)。
   （常用于筆記本增加串口，注意其兼容性不如板載串口。優(yōu)先選擇：FT232R > CP2102 > PL2303 ）

No.6、MAX232 是TTL電平與RS232電平的雙向轉(zhuǎn)換芯片，不同引腳實(shí)現(xiàn)TTL轉(zhuǎn)RS-232 或 RS-232轉(zhuǎn)TTL的功能。
   （TTL與RS232轉(zhuǎn)換芯片很多很多，正向、逆向接口數(shù)量不同：比如：MAX202、SP213、MAX3232 ）

No.7、TTL電平標(biāo)準(zhǔn) 是 低電平為0，高電平為1（對(duì)GND線電壓，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路邏輯）。
RS-232電平標(biāo)準(zhǔn) 是正電平為0，負(fù)電平為1（對(duì)GND線高低，電壓具體數(shù)值不太敏感）。

No.8、RS-485、RS-422 與RS-232類似，但是采用差分信號(hào)邏輯，更適合抗干擾/高速傳輸。這里略過不講。

No.9、臺(tái)式電腦后邊的D型9針插頭（板載串口，公口），是RS-232電平的�？梢酝ㄟ^MAX232轉(zhuǎn)換為TTL電平。

Ø  串口、COM口COM口即串行通訊端口，簡(jiǎn)稱串口。這里區(qū)別于 USB的“通用串行總線”和“SATA”串行硬盤接口。
一般我們見到的是兩種物理形式。D型9針插頭（DB9）和 4針杜邦頭兩種，早年的25針串口已被淘汰。

下圖是常見的4針串口，在電路板上常見，經(jīng)常上邊還帶有杜邦插針。
四針分別為：GND、TX、RX、VCC。其中GND可以通過焊盤接地判斷出來，而VCC一般走線稍粗些。
由于是預(yù)留在電路板上的，協(xié)議可以有很多種，要看具體設(shè)備。
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:120pt;height:39pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:150pt;height:112.5pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:150pt;height:95.25pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
經(jīng)驗(yàn)是：不管單片機(jī)也好、ARM也罷，這些芯片都是數(shù)字邏輯的，電平只有高和低，輸出肯定是TTL電平的。
如果你看到串口線從核心芯片直接連出來，未經(jīng)其他芯片，那99%是TTL的。STC下載和中九升級(jí)都屬此范疇。
我目前還未拆出過直接輸出RS-232的數(shù)字邏輯器件。

下圖就是D型9針串口(通俗說法，DB9)，左為母口，右為公口。公口在臺(tái)式電腦后邊都可以看到。
   (VGA插頭為三排插針，DB9只有兩排。有些板載串口沒有引出，主板找標(biāo)記“RS232”的10腳牛角座既是)
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:232.5pt;height:174.75pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
DB9接口的協(xié)議常用的只有三種：RS-232、RS-485和RS-422。一般不會(huì)是TTL電平，嵌入式設(shè)備80%的可能性是RS-232，工業(yè)控制設(shè)備80%可能是RS-485。
其中RS-232在DB9上的針腳定義有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，跨行業(yè)/跨設(shè)備通用，而RS-485和RS-422基本只有企業(yè)規(guī)范了。

Ø  實(shí)際的轉(zhuǎn)換電路下圖是個(gè)USB轉(zhuǎn)TTL串口的小板(TTL電平)，可以用USB擴(kuò)展出一個(gè)串口。芯片為PL2303HX。
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:5in;height:284.25pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
這是另一種，CP2102芯片的，也是USB轉(zhuǎn)串口(TTL電平)。據(jù)說比PL2303的好，實(shí)際使用中表現(xiàn)并不明顯。
這個(gè)小板引出了芯片內(nèi)置的LDO，多了個(gè)+3.3V 電源輸出端，可以用于驅(qū)動(dòng)小電流的負(fù)載設(shè)備。
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:411.75pt;height:222.75pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
在這里說一下，TTL電平還有不同電壓的區(qū)別，常見3.3V和5V版本。比如某板的核心芯片為3.3V，那么它輸出的邏輯1就是3.3V。這個(gè)轉(zhuǎn)接板和5V的設(shè)備對(duì)接，電壓觸發(fā)閾值一般可以滿足，建議串470-1k電阻做保險(xiǎn)。

除了PL232和CP2102，還有CH340和FT232之類的USB轉(zhuǎn)TTL芯片，不再詳述。

上邊介紹的都是USB轉(zhuǎn)TTL電平的串口，如果目標(biāo)設(shè)備上是RS-232串口(D型9針接口)咋弄？
再串接一片 MAX232 轉(zhuǎn)換成 RS-232電平就行，一個(gè)MAX232內(nèi)部有兩個(gè)T，兩個(gè)R，下圖只用了一組T/R。
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:415.5pt;height:179.25pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
你也可以搭一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器電路，來實(shí)現(xiàn)TTL轉(zhuǎn)RS-232的功能，仔細(xì)看圖有助于理解電平的概念。
（注意下圖中TTL端的GND-TTL與GND232分開考慮。紅色為TTL轉(zhuǎn)RS232功能部分，藍(lán)色為RS232轉(zhuǎn)TTL。）
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:204pt;height:201pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
（這里插播一點(diǎn)我的電路體系：在沒涉及電磁波之前，電壓這個(gè)東西可以當(dāng)它不存在，電子流動(dòng)所表現(xiàn)出來的電流才是分析的主體，電流受到阻礙，才會(huì)在兩端體現(xiàn)出壓差。電壓永遠(yuǎn)是差值，某點(diǎn)對(duì)某點(diǎn)的差值，然而所有課本總是封裝成整套的高級(jí)理論一股腦砸給初學(xué)者，導(dǎo)致了很多人一輩子都未能形成統(tǒng)一的電路體系。就下邊這個(gè)電路來說，TxTTL電壓大于12/(6.8+1)V時(shí)，運(yùn)放開啟了Rx232對(duì)GND-TTL的通路。然后我們視線轉(zhuǎn)移到右側(cè)兩個(gè)560Ω的電阻上，GND232對(duì)GND-TTL是6V，而Rx232與GND-TTL相通，那么Rx232對(duì)GND232不就是負(fù)6V么？這是一個(gè)參考系的轉(zhuǎn)移，右側(cè)電路并不知道GND-TTL的存在，只知道Rx232與GND232之間的壓差。那么，多出來的負(fù)6伏不會(huì)有額外的電流么？這就是我說的問題，這其實(shí)是同一批電流流經(jīng)下方560Ω電阻，在電阻兩端所產(chǎn)生的壓差，Get？電子流動(dòng)受阻表現(xiàn)出電壓，反映到系統(tǒng)里邊呈現(xiàn)出兩端的壓差，而不是電壓產(chǎn)生電流。咦，哪里不對(duì)？運(yùn)放的輸入為什么要用電壓來考慮？因?yàn)檫\(yùn)放太復(fù)雜，運(yùn)放設(shè)計(jì)時(shí)就花了很大力氣去優(yōu)化電流路徑使之表現(xiàn)出更好的電壓特性，用封裝起來的電壓體系去分析運(yùn)放的外部表現(xiàn)比較容易理解。既然是電流產(chǎn)生電壓，那驅(qū)動(dòng)電子流動(dòng)的能量是什么？舉個(gè)例子就明白了，水塔。水塔內(nèi)部控制的還是進(jìn)水的流速，經(jīng)過水池的緩沖，對(duì)外表現(xiàn)出水壓的一致，這就是我們看到的恒壓源。水壓和流速都是水分子集總表現(xiàn)出來的宏觀性狀/現(xiàn)象，而不是水流動(dòng)的原因，重力才是。對(duì)電路來說，驅(qū)動(dòng)電子的是沿電路形成的電場(chǎng)，其根源在于電源單向搬移電子的速度。變壓器+整流橋不就是液壓造浪機(jī)+單向閥么？）

MAX232內(nèi)置了倍壓電路來實(shí)現(xiàn)升壓/負(fù)壓，所以不需要上圖所示的正負(fù)電源。
同時(shí)帶來一個(gè)特征，倍壓電路需要多個(gè)蓄能電容，芯片內(nèi)部做不下，可以依此在接口附近找芯片確定串口電平。

仔細(xì)看下圖(從右到左)，USB經(jīng)過PL2303轉(zhuǎn)成了TTL串口(中間那四個(gè)窟窿可以引出)，再經(jīng)由MAX232轉(zhuǎn)換為RS-232電平，9針串口引出。（公口，泛指所有帶針的口，樣子與臺(tái)式電腦后邊自帶的串口相同。）

COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:414.75pt;height:265.5pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
下面這是另一款：電平轉(zhuǎn)換依舊用的是 MAX232 ，大同小異。
注意這個(gè)輸出好像是母口，跟電腦后邊的接口不同，千萬不要買錯(cuò)性別。
COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑" style="width:415.5pt;height:233.25pt;visibility:visible;mso-wrap-style:square"> COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別釋疑">
進(jìn)階：MAX232只能轉(zhuǎn)換兩個(gè)T和兩個(gè)R，無法實(shí)現(xiàn)完整的9針全串口電平轉(zhuǎn)換，所以此類串口轉(zhuǎn)接板只有TX、RX和GND三針有效，對(duì)于涉及到串口中其他控制線的目標(biāo)設(shè)備不適用。（PL2303等芯片都轉(zhuǎn)出了TTL電平的全部引腳，只不過MAX232通道數(shù)量有限，所以DB9一端很少功能完整的串口。若要全串口電平轉(zhuǎn)換，MAX3232可以實(shí)現(xiàn)。）

如下圖，只要是 D型9針串口，不會(huì)是TTL電平的，沒特殊說明就默認(rèn)是RS-232。所以這根線，不管里邊構(gòu)造怎樣的，是 USB轉(zhuǎn)RS-232串口的線，內(nèi)置了電平轉(zhuǎn)換芯片。如果想用來給STC單片機(jī)下載或者升級(jí)中九盒子，需要額外再串接一個(gè)MAX232板子轉(zhuǎn)換回 TTL電平。

RS232通信協(xié)議.pdf

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RS232協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)詳解.pdf

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單片機(jī)的下載電路.docx

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