串口协议和RS-232标准，以及RS232电平与TTL电平的区别，“USB/TTL转232“模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。

Posted 2021-11-22 汤瓢

一、串口协议和RS-232标准

1.串口通讯

串口通讯 (Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。 通讯协议，我们以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

2.RS-232

RS-232是现在主流的串行通信接口之一。由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3— -15V；逻辑“0”：+3— +15V ，噪声容限为2V。即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负 。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2）传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps；因此在51CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。
（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线与地线构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。
3.RS232电平与TTL电平的区别

（1）.TTL电平标准

输出 L： 《0.8V ； H：》2.4V。

输入 L： 《1.2V ； H：》2.0V

TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有（0.8-0）/2=0.4V，高电平的噪声容限为（5-2.4）/2=1.3V。

（2）具体区别

1.电平的上限和下限定义不一样，CMOS具有更大的抗噪区域。 同是5伏供电的话，ttl一般是1.7V和3.5V的样子，CMOS一般是2.2V，2.9V的样子，不准确，仅供参考。

2.电流驱动能力不一样，ttl一般提供25毫安的驱动能力，而CMOS一般在10毫安左右。

3.需要的电流输入大小也不一样，一般ttl需要2.5毫安左右，CMOS几乎不需要电流输入。

4.很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet会有说明。如果不考虑速度和性能，一般器件可以互换。但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常，因为有些ttl电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。

5. TTL电路和CMOS电路的逻辑电平
   VOH： 逻辑电平 1 的输出电压
   VOL： 逻辑电平 0 的输出电压
   VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压
   VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压

6.TTL和CMOS的逻辑电平转换
CMOS电平能驱动TTL电平
TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。

二、USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。

TXD：发送端，一般表示为自己的发送端，正常通信必须接另一个设备的RXD。

RXD：接收端，一般表示为自己的接收端，正常通信必须接另一个设备的TXD。
正常通信时候本身的TXD永远接设备的RXD！

自收自发：正常通信时RXD接其他设备的TXD，因此如果要接收自己发送的数据顾名思义，也就是自己接收自己发送的数据，即自身的TXD直接连接到RXD，用来测试本身的发送和接收是否正常，是最快最简单的测试方法，当出现问题时首先做该测试确定是否产品故障。也称回环测试。

电平逻辑：

TTL电平：通常数据表示采用二进制，规定+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，称作TTL信号系统，是正逻辑

RS232电平：采用-12V到-3V，等价于逻辑“0”，+3V到+12V的逻辑电平，等价于逻辑“1”，是负逻辑的。

产品说明：

1、主芯片为CP2102，安装驱动后生成虚拟串口

2、USB取电，引出接口包括3.3V（《40mA），5V，GND，TX，RX，信号脚电平为3.3V，正逻辑

3、板载状态指示灯、收发指示灯，正确安装驱动后状态指示灯会常亮，收发指示灯在通信的时候会闪烁，波特率越高亮度越低

4、支持从300bps~1Mbps间的波特率

5、通信格式支持：1）5，6，7，8位数据位；2）支持1，1.5，2停止位；3）odd，even，mark，space，none校验

6、支持操作系统：windowsvista/xp/server2003/200，MacOS-X/OS-9，Linux

7、USB头为公头，可直接连接电脑USB口

8、贴片元件为SMT工艺生产，质量稳定

9、不含USB头体积为：33*15（mm）

模块与单片机请遵循以下连接：

usb转ttl电路图大全（RS232/串口/CH340T/PL2303）

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usb转ttl电路图（一）：USB转3线制RS232串口
图中也是USB转3线制RS232串口，只是输出RS232信号的电平幅度略低。CH340的R232引脚为高电平，启用了辅助RS232功能，只需外加二极管、三极管、电阻和电容就可代替7.2.节中专用的电平转换电路U5，所以硬件成本更低。

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usb转ttl电路图（二）：USB转RS232串口
图中是USB转最基本也最常用的3线制RS232串口，U5为MAX232/ICL232/SP232等。

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usb转ttl电路图（三）：USB转9线串口
下图是由CH340T实现的USB转RS232串口。CH340提供了常用的串口信号及MODEM信号，通过电平转换电路U8将TTL串口转换为RS232串口，端口P11是DB9插针，其引脚及功能与计算机的普通9针串口相同，U8的类似型号有MAX213/ADM213/SP213/MAX211等。

如果只需要实现USB转TTL串口，那么可以去掉图中的U8及电容C46/C47/C48/C49/C40。图中的信号线可以只连接RXD、TXD以及公共地线，其它信号线根据需要选用，不需要时都可以悬空。

P2是USB端口，USB总线包括一对5V电源线和一对数据信号线，通常，+5V电源线是红色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色。USB总线提供的电源电流最大可以达到500mA，一般情况下，CH340芯片和低功耗的USB产品可以直接使用USB总线提供的5V电源。如果USB产品通过其它供电方式提供常备电源，那么CH340也应该使用该常备电源，如果需要同时使用USB总线的电源，那么可以通过阻值约为1Ω的电阻连接USB总线的5V电源线与USB产品的5V常备电源，并且两者的接地线直接相连接。

C8容量为4700pF到0.02μF，用于CH340内部电源节点退耦，C9容量为0.1μF，用于外部电源退耦。晶体X2、电容C6和C7用于时钟振荡电路。X2是频率为12MHz的石英晶体，C6和C7是容量为22pF的独石或高频瓷片电容。如果X2选用低成本的陶瓷晶体，那么C6和C7的容量必须用该晶体厂家的推荐值，一般情况下是47pF。

在设计印刷线路板PCB时，需要注意：退耦电容C8和C9尽量靠近CH340的相连引脚；使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰；尽量缩短XI和XO引脚相关信号线的长度，为了减少高频干扰，可以在相关元器件周边环绕地线或者覆铜。

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usb转ttl电路图（四）
USB转串口设计原理

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USB接口：主要由3部分组成：USB接头、USB供电、USB数据收发，其原理如如下：

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1.USB接头：提供USB物理接口，通过USB线与USB设备进行连接。

2.USB供电：整个USB转串口线无需外接电源，直接使用USB供电即可。

3.USB数据收发：USB接口与USB转串口芯片主芯片（PL2303）的通讯。

USB转串口主芯片：USB转串口主芯片模块，USB转串口主芯片是电路的核心部分，提供USB和串口的桥转换，它主要由三个部分组成，分别是USB转串口芯片PL2303、PL2303工作晶振和PL2303外围电路。

1.USB转串口主芯片：USB转串口芯片内部功能框图如下：

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2.PL2303工作晶振：提供PL2303工作时钟，最大支持12M频率。

3.PL2303外围电路：依据PL2303数据手册要求添加外围电路，具体各外围电路功能，见PL2303手册。

RS232接口：RS232接口部分实现串口RS232电平与TTL电平的转换。模块原理图如下，主要由2个部分组成，SP232EH芯片、串口接口。

1.SP213EH芯片：将SP2303的TTL电平的串行接口，转换成普通的RS232电平。以及将普通的RS232电平电平转换成TTL电平串行接口。

2.标准的DB9公头，可以直接设备进行数据通信。

三丶参考

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