串口、COM口、UART、TTL、USB、RS-232、RS-485、I2C、SPI、CAN、1-WIRE

二、UART

  UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的简称，意为通用异步收发传输器，UART包含TTL电平的串口和RS-232电平的串口，使用UART通信的双方设备都需要遵从UART协议。

三、TTL电平

1、TTL概述

  TTL是Transistor-Transistor Logic的简写，是一种电平逻辑，晶体管-晶体管逻辑。

2、标准TTL电平逻辑

  逻辑1代表高电平，连接到电源VCC，逻辑0为低电平，连接到电源地。

• 逻辑1，高电平，VCC（3.3V/5V）
• 逻辑0，低电平，GND（0V）

  TTL有电压范围，分为输出高、低电平和输入高、低电平，输出高电平用表示，输出低电平用表示；输入高电平用表示，输入低电平用表示。

  对TTL电平的器件来说，当输入电压高于2V时，才会被识别为逻辑1，输入的低电平低于1.2V时，才会被识别为0，这是为什么输出高电平2.4V，高于2V；输出低电平0.8V，低于1.2V的原因所在。如下是标准TTL电平，TTL有很多类型，电压有所区别。

3、USB转TTL

  玩过51单片机的小伙伴都用过CH340G模块，用来下载HEX文件，这个模块的作用就是将USB转成TTL电平，一般单片机的电平都是TTL电平，模块的内部芯片是CH340T，ST官方推荐。

  使用CH340T芯片，USB转TTL电平的电路原理图。

4、与单片机连接

  TTL电平的器件之间通信，只需要三根信号线：TXD、RXD和GND，和单片机接法很简单，3.3V单片机就接3.3V，5V单片机就接5V，如果单片机有单独的供电，3.3V和5V都不接。

USB转TTL模块与单片机的连接

四、USB

1、USB概述

  USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术，特点是传输速度快，支持热插拔，可连接多个设备。

  我们在很多地方可以看到USB的身影，鼠标，键盘，手机充电器，现在几乎所有的电子充电设备都是USB接口，如下是各个USB的物理接口。

2、USB速率

• 1MB/s=8Mbps（1个Byte等于8bit）

• USB1.0 低速（Low Speed） 传输速率为 1.5Mbps；

• USB1.1 全速（Full Speed） 传输速率为 12Mbps；

• USB2.0 高速（High Speed） 传输速率为 480Mbps；

• USB3.0 超速（SuperSpeed） 传输速率为 5Gbps；

• USB3.1 Gen2 超高速（SuperSpeed+） 传输速率为 10Gbps；

3、USB接口定义

  最常见的的Type-A型USB接口定义如下。

Pin#	Name	颜色
1	VBUS/+5V	红色
2	D-/Data-/DM	白色
3	D+/Data+/DP	绿色
4	GND	黑色

五、RS-232

1、RS-232概述

  RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接，连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。

2、RS-232电平逻辑

  RS-232不同于TTL的电平逻辑，为负逻辑，负12V代表高电平逻辑1，正12V代表低电平逻辑0，电压也有标准范围。

• 高电平，逻辑1，-15V to -3V
• 低电平，逻辑0，＋3V  to +15

  除了TTL和RS232，常见的还有一个CMOS电平标准，电压范围如下：

• ，
• ，

3、DB9接口定义

  下图是DB9公头和母头的定义，一般用的最多的是RXD、TXD、GND，三个信号。

  工业场合还会用到DB-25的RS232，DB9和DB25接口可以转换。

4、USB转RS-232

  USB转232，可以先将USB转换为TTL，再将TTL转换为RS232，当然市面上也有很多USB直接转RS232的线材，线材内部集成转换电路，淘宝上某USB转RS232用的两个芯片是FT232和SP213。

5、TTL和RS-232互转

  单片机接口一般是TTL电平，如果接232电平的外设，就需要加TTL转RS232的模块，转换方向是双向的。

  TTL和RS232电平互相转换最常用的芯片是MAX232和SP3232。

六、RS-485

1、RS-485概述

  RS-485和RS-232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA/EIA-485-A，习惯称为RS-485标准，RS-485弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点。

  RS-485和RS-232单端传输不一样，是差分传输，使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一个定义为B。

2、RS-485电平逻辑

  RS-485是差分传输，一般收发器内部是一个发送器加一个收发器组成。下图是收发器典型的功能框图。

  对于使能信号，字母上面加一横的为低电平有效，不加的为高电平有效。

  RS-485内部结构

          对于发送器，有如下的真值表：

• 当驱动器使能引脚为逻辑高时，差分输出和遵循数据输入处的逻辑状态。处的逻辑高导致A转为高，B转为低。在这种情况下，定义为的差分输出电压为正。当为低时，输出状态反转，变高，变低，为负。
• 当低时，两个输出都变成高阻抗。在这种情况下，与处的逻辑状态是不相关的。

  对于接收器，有如下的真值表：

• 当接收器使能引脚逻辑低时，接收器被激活。当定义为的差分输入电压为正且高于正输入阈值时，接收机输出变高。当为负且低于负输入阈值，接收机输出变低。如果在和之间，则输出不确定。
• 当为逻辑高或悬空时，接收机输出为高阻抗，的大小和极性无关。

RS-485电平逻辑说明

  很多收发器的标准达到甚至超过TIA/EIA-485A规范，在实际使用中，以器件的SPEC参数为主。

3、TTL和RS-485转换

  TTL转成RS-485很常见，收发器芯片市面上很多，比如MAX485，用起来也很简单，一般左边接MCU的GPIO，用来控制。

4、RS-232和RS-485转换

  RS-232和RS-485之间可以转换，一个方法是RS-232转换成TTL，再由TTL转换为RS-485，当然也有芯片支持将RS-232支持转换成RS-485，双向转换。

七、IIC

1、IIC概述

  IIC总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，IIC只需要两根线进行通信，SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）

  下图是I2C总线的典型结构，同一时刻可以单主机多从机或单主机单从机，I2C总线上的任意设备都可以当主机，一般主机是MCU，当有多个主机时，会通过总线仲裁的方式选出一个主机，其他退出作从机。

2、IIC速率

• 标准模式：100Kbit/s
• 快速模式：400Kbit/s
• 高速模式：3.4Mbit/s

八、SPI

1、SPI概述

  SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，SPI的速率比I2C高，一般可以到几十Mbps，不同的器件当主机和当作从机的速率一般不同。

2、SPI信号线

• MISO – Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出；
• MOSI – Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入；
• SCLK – Serial Clock，时钟信号，由主设备产生；
• CS – Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制；

3、SPI典型应用

  SPI最典型的应用是单主机单从机，下图是接线方式，当然也可以多从机。

九、CAN

1、CAN概述

  CAN是Controller Area Network的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现在是汽车网络的标准协议。

2、CAN电平逻辑

电平	逻辑	总线Value
显性电平	0	CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V
隐性电平	1	CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V

十、1-WIRE

1、1-WIRE概述

  单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术，与SPI、I2C串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。

2、1-WIRE典型框图

  如下是1-WIRE的典型框图，可以看到微处理器和1-WIRE器件之间只有一根线。

• 当MCU发送逻辑1时，经过反相器，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑1；

• 当MCU发送逻辑0时，经过反向器，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑0；

• 同理，当1WIRE器件发送逻辑1时，Tx处有NMOS会导通，总线呈现逻辑0，经过MCU Rx处的反相器，MCU会收到逻辑1；

• 发送逻辑0时，NMOS截止，总线呈现逻辑1，MCU会收到逻辑0；

1-WIRE结构图


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