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標題: 關于RS232通信的幾點疑惑解釋 [打印本頁]

作者: yjcTcjy 時間: 2017-11-30 18:05
標題: 關于RS232通信的幾點疑惑解釋
最近畫電路板，對RS232及相關電路比較疑惑，查閱了相關資料，現在羅列出來，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：單片機的TXD、RXD是TTL電平，所以你得萬變不離其宗的將其它信號轉成TTL電平，只有這樣給單片機下載程序才有可能成功！其中CH340、PL2303等芯片是直接將USB信號轉換為TTL電平，而MAX232等芯片是將TTL轉換為RS232信號或者將RS232信號轉換為TTL.下面請看利用這種原理的兩種常用方法：
方法一：

請看圖一，這是我們最常見的單片機下載電路了，其中從②到⑥屬于大家常用的USB轉串口線，用這種方案的好處是，如果自己的PC帶有串口（可能很老的機器沒有USB接口），那么就可以直接給單片機開發板下載程序，因為采用這種方法的開發板必定帶有串口接口嘛。當然，如果PC僅有USB接口而不帶串口，那么只能找根USB轉串口線了（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轉串口線，而不要采用PL2303的USB轉串口線，因為PL2303價錢便宜所以山寨的水貨較多，這會導致下載電路不穩定，甚至無法正常下載。同時此方案的壞處是電路板上必定要做一個9針串口接口（太巨大了），這必將增加了電路PCB的面積，當然也就增加了成本啦！（順便發表下個人見解：那個9針接口實在太丑，又大又重，無形中便降低了自己的設計檔次，哈哈。所以不推薦這種方法�。�

方法二：

請看圖二，這是我經常采用的單片機下載電路。實踐證明效果非常好，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轉串口線要輕松的多，同時由于將串口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，也顯得更美觀時尚，呵呵。在此強調一點：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的典型應用圖（截自STC的文檔）

2)    USB轉TTL、USB轉串口、USB轉232的區別首先，為什么要進行轉換？
因為單片機通信接口的電平邏輯和PC機通信接口的電平邏輯不同。
有什么不同？
PC機上的通信接口有USB接口，相應電平邏輯遵照USB原則；還有DB9接口（九針口），相應電平邏輯遵照RS-232原則。
而我們的單片機上的串行通信通過單片機的RXD、TXD、VCC、GND四個引腳，相應電平邏輯遵照TTL原則。
當然，新手小白買的學習板上肯定都已經集成了類似PL2303、CP2102之類的USB轉TTL芯片，相應接口也變成了USB接口；有些學習板上集成的是MAX232之類的TTL轉RS-232芯片，相應的接口也變成了DB9接口。
轉換的目的是把電平轉換到雙方都能識別，下面分類舉例：
情況1：PC機USB口與不帶電平轉換芯片的單片機通信
方法：外購USB轉TTL模塊，如下圖所示。該模塊一端接入PC機的USB接口，另一端有TXD、RXD、GND、5V、3.3V五個引腳，分別與單片機的RXD、TXD、GND、5V引腳相連，對于采用3.3V供電的單片機則把5V改為3.3V即可。該模塊核心就是一塊PL2303、CP2102芯片進行USB與TTL電平的轉換。

情況2：PC機USB口與集成了USB轉TTL芯片的單片機通信
方法：直接用USB線連接即可，只是單片機上的USB接口形式有時會不同，根據A-USB、B-USB、micro-USB、mini-USB分別選擇合適的接線
情況3：PC機USB口與集成了TTL轉RS-232芯片的單片機通信
方法：外購USB轉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電平轉換芯片，把RS-232電平轉換為USB電平

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

情況5：PC機DB9接口與成了USB轉TTL芯片的單片機通信
方法：一般不會這么進行通信PC機上DB9接口都有了還會沒有USB接口？如果非要進行，外購RS-232轉USB模塊，如上面提到過的
情況6：PC機DB9接口與成了RS-232轉TTL芯片的單片機通信
方法：直接用DB9(串口線)連接即可！
用一張圖總結一下一上幾種情況：

23、串口及相關標準1)    串口 COM口 USB-TTL RS-232 RS-485 不同標準區別釋疑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準(電信號)。

No.2、接線的時候，一般只接GND、RX(接收)、TX(發送)。不接Vcc等電源線，避免與目標設備上的供電沖突。
   （接線法則：主機的 TX 接目標設備的 RX ，主機的 RX 接目標設備的 TX ，但是很多設計人員為了接線更為直觀而故意顛倒標記 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議，所以可以只接GND、RX用于純接收，或只接GND、TX用于純發送。

No.4、串口接線錯誤可能會燒壞芯片，比如：一個TX拉高的1 灌到了另一個TX拉低的0。
   （不確定目標接線定義的時候，可以拿確定為RX的線試接另一個設備的TX和RX，看是否收到數據。）

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

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

No.7、TTL電平標準 是 低電平為0，高電平為1（對GND線電壓，標準數字電路邏輯）。
RS-232電平標準 是正電平為0，負電平為1（對GND線高低，電壓具體數值不太敏感）。

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

No.9、臺式電腦后邊的D型9針插頭（板載串口，公口），是RS-232電平的。可以通過MAX232轉換為TTL電平。

Ø  串口、COM口COM口即串行通訊端口，簡稱串口。這里區別于 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。
由于是預留在電路板上的，協議可以有很多種，要看具體設備。
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經驗是：不管單片機也好、ARM也罷，這些芯片都是數字邏輯的，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，未經其他芯片，那99%是TTL的。STC下載和中九升級都屬此范疇。
我目前還未拆出過直接輸出RS-232的數字邏輯器件。

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，主板找標記“RS232”的10腳牛角座既是)
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DB9接口的協議常用的只有三種：RS-232、RS-485和RS-422。一般不會是TTL電平，嵌入式設備80%的可能性是RS-232，工業控制設備80%可能是RS-485。
其中RS-232在DB9上的針腳定義有標準規范，跨行業/跨設備通用，而RS-485和RS-422基本只有企業規范了。

Ø  實際的轉換電路下圖是個USB轉TTL串口的小板(TTL電平)，可以用USB擴展出一個串口。芯片為PL2303HX。
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這是另一種，CP2102芯片的，也是USB轉串口(TTL電平)。據說比PL2303的好，實際使用中表現并不明顯。
這個小板引出了芯片內置的LDO，多了個+3.3V 電源輸出端，可以用于驅動小電流的負載設備。
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在這里說一下，TTL電平還有不同電壓的區別，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。這個轉接板和5V的設備對接，電壓觸發閾值一般可以滿足，建議串470-1k電阻做保險。

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

上邊介紹的都是USB轉TTL電平的串口，如果目標設備上是RS-232串口(D型9針接口)咋弄？
再串接一片 MAX232 轉換成 RS-232電平就行，一個MAX232內部有兩個T，兩個R，下圖只用了一組T/R。
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你也可以搭一個簡單的比較器電路，來實現TTL轉RS-232的功能，仔細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RS232功能部分，藍色為RS232轉TTL。）
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（這里插播一點我的電路體系：在沒涉及電磁波之前，電壓這個東西可以當它不存在，電子流動所表現出來的電流才是分析的主體，電流受到阻礙，才會在兩端體現出壓差。電壓永遠是差值，某點對某點的差值，然而所有課本總是封裝成整套的高級理論一股腦砸給初學者，導致了很多人一輩子都未能形成統一的電路體系。就下邊這個電路來說，TxTTL電壓大于12/(6.8+1)V時，運放開啟了Rx232對GND-TTL的通路。然后我們視線轉移到右側兩個560Ω的電阻上，GND232對GND-TTL是6V，而Rx232與GND-TTL相通，那么Rx232對GND232不就是負6V么？這是一個參考系的轉移，右側電路并不知道GND-TTL的存在，只知道Rx232與GND232之間的壓差。那么，多出來的負6伏不會有額外的電流么？這就是我說的問題，這其實是同一批電流流經下方560Ω電阻，在電阻兩端所產生的壓差，Get？電子流動受阻表現出電壓，反映到系統里邊呈現出兩端的壓差，而不是電壓產生電流。咦，哪里不對？運放的輸入為什么要用電壓來考慮？因為運放太復雜，運放設計時就花了很大力氣去優化電流路徑使之表現出更好的電壓特性，用封裝起來的電壓體系去分析運放的外部表現比較容易理解。既然是電流產生電壓，那驅動電子流動的能量是什么？舉個例子就明白了，水塔。水塔內部控制的還是進水的流速，經過水池的緩沖，對外表現出水壓的一致，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出來的宏觀性狀/現象，而不是水流動的原因，重力才是。對電路來說，驅動電子的是沿電路形成的電場，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+單向閥么？）

MAX232內置了倍壓電路來實現升壓/負壓，所以不需要上圖所示的正負電源。
同時帶來一個特征，倍壓電路需要多個蓄能電容，芯片內部做不下，可以依此在接口附近找芯片確定串口電平。

仔細看下圖(從右到左)，USB經過PL2303轉成了TTL串口(中間那四個窟窿可以引出)，再經由MAX232轉換為RS-232電平，9針串口引出。（公口，泛指所有帶針的口，樣子與臺式電腦后邊自帶的串口相同。）

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

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

RS232通信協議.pdf

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RS232協議標準詳解.pdf

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