UART和RS232RS485的联系和区别以及对软件编程的影响

Posted 2023-03-03 正在起飞的蜗牛

1、串口、UART、RS232、RS485概念的理解

(1)狭义上的串口：指的是串口协议，就是时序图、数据收发先后顺序等，是抽象出来的协议；
(2)广义上的串口：指的是符合串口协议的接口，UART、RS232、RS485在实际工作中都叫做串口；
(3)UART：主要指的是Soc端的串口控制器和引脚，也是串口编程主要考虑的；
(4)RS232和RS485是在两个Soc的串口引脚相连的中间电路，负责做转换，解决传输距离和电压不匹配的问题；

2、UART

2.1、UART介绍

参考博客：《ARM芯片（S5PV210芯片）——串口通信详解》；

2.2、UART接口

(1)现在的Soc都内置了串口控制器，串口一般都是两根线，一根发送(TX)一根接收(RX)，用的TTL电平；
(2)上面是S5PV210芯片的原理图，总共有4组串口。有的串口还有CTS、RTS接口，这是和自动流控相关，不是必要功能，用于保证数据传输的正确性，现在基本不用了，因为串口常用作打印输出或者用于连接低速的设备，对数据正确性没有太高要求；

2.3、UART的使用场景

(1)实际上我们使用串口时，不会直接使用Soc的引脚，中间会有转换过程，一般是转换成RS232或者RS485进行操作；
(2)UART现在一般用作打印串口，或者连接一些低速的外设；

2.4、为什么还要有RS232、RS422、RS485

(1)串口协议只是规定了数据传输时的协议，也就是规定了先传输1还是先传输0的问题，但是什么电压表示数据1，什么电压表示0，这并没有做规定；
(2)UART是相对于Soc这端来说的，Soc端集成了串口控制器，控制器支持串口协议(比如开始位、停止位、数据位、校验位等)，用的是TTL电平；
(3)实际中两个设备的串口控制器要通信，中间是有一段距离的，Soc的引脚一般电平都比较低，数据能传输的有效距离很短；并且不同的设备所使用的电压也不一样，不能直接相连；
(4)需要中间电路负责来解决电压不匹配、传输距离等问题，于是有了RS232、RS422、RS485；
(5)RS232、RS422、RS485都是从电气层面(也就是物理器件)来区分的，具体的通信协议都是串口协议，但是使用的电压范围、是电平信号还是差分信号等不同；

3、RS232

3.1、RS232介绍

(1)RS232是串口协议在电气层面的实现，RS-232标准接口定义了电压范围，规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15V；
(2)Soc的串口引脚一般是3.3V或者5V的电压，所以Soc的串口引脚要使用RS232必须添加TTL电平转RS232电平的转换芯片；
(3)RS232的接口有多种(DB9接口、四线接口、三线接口)，但是起主要作用的都是TX和RX引脚，可以简单理解成，RS232和UART的区别就是使用的电压范围不一样；

3.2、RS232的特点

(1)优点：RS232标准接口的传输距离更长，在15米作用；
(2)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芯片才能与Soc的串口引脚连接；

3.3、DB9接口

DB9接口有9根线，最主要的就是RxD和TxD，其余的线是用于保证数据传输的正确性；

3.4、四线接口

四线就是在RX、TX、GND的基础上，多了一根VCC；

3.5、三线接口

只有TX、RX、GND三根线，使用的RS232电平；

4、RS485

4.1、RS485介绍

(1)RS485采用的是差分信号，用的双绞线，传输距离可达上千米；
(2)RS485常用的是两根线，因为采用的是差分信号，所以只能同时传输一组信号，是半双工的；(也有4根线的RS485，实现全双工)
(3)RS485总线可以挂接多个设备，最多不超过32个，采用主从模式；
(4)虽然485支持挂载多个设备，但是没有规定主从设备之间是如何通信的，需要编程人员考虑，可以参考I2C协议的主从实现；

4.2、RS485接口：半双工

4.3、RS485接口：全双工

5、从电路原理图分析

5.1、RS232的三线接口电路原理图

>(1)最左边的M_UART0_RXD和M_UART_TXD是Soc的串口接收、发送引脚，TPT3232E是TTL转RS232的芯片，最终得到RS232_R和RS232_T这两个符合RS232标准的接收、发送引脚；
(2)J83就是上面展示的电路板上的三线串口接口；

5.2、半双工RS485的电路原理图

SOC_484-0_TXD和SOC_484-0_RXD是Soc端的485发送、接收引脚，SOC_484-0_RTS是用于控制方向的，上面的电路图是半双工的RS485；

5.3、DB9接口的的电路原理图

SP3232E是支持同时转换两路RS232的电平转换芯片，右边的TXD0和RX0、TX2和RX2是Soc的两组串口引脚，左边是两个DB9接口，可以看到实际DB9接口也只接了三根新，和三线接口是一样的；

6、软件编程上的区分

(1)UART和RS232只是在电平上有区别，在软件编程上没有差别；
(2)RS485支持挂载多个设备、半双工、全双工，所以串口编程半双工时需要考虑总线的总裁，也就是主从模式，类似I2C；

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