接口电平传输

十分钟学会区分UART/RS232/RS422/RS485

你是否也分不清RS232、RS422、RS485、UART它们之间的关系？...

本文转自硬件工程师

串口通讯是硬件工程师经常接触的一个概念。你是否也分不清RS232、RS422、RS485、UART它们之间的关系？每次见到其中的一个，就像见到熟悉的陌生人，虽说认识，却不知道它有什么特点，殊途同归的感觉。

先来一段网上比较精辟的总结。

公交运行可以简单分成两个部分：车站和公路。

其中车站决定了车上装什么（人），怎么发送（班次）等。

当汽车跑在路上，就要遵守公路交通的规则，过桥有过桥的规则，高速有高速的规则，和车站没有关系了。

回到串口通讯，其实，UART就相当于车站，而RS232/RS485则对应于公路的规则。

UART与RS232/RS485

UART

UART，是通用异步收发传输器。既然是“器”，显然，它就是个设备而已，要完成一个特定的功能的硬件，它本身并不是协议。那么它要完成什么功能呢？它的最基本功能，是数据收发和串并转换。也就相当于车站，决定装什么人以及怎么样把人装上去。

RS232/RS485

RS232/RS485，是两种不同的电气协议，也就是说，是对电气特性以及物理特性的规定，作用于数据的传输通路上，它并不内含对数据的处理方式。

比如，最显著的特征是：RS232使用3-15V有效电平，而UART，因为对电气特性并没有规定，所以直接使用CPU使用的电平，就是所谓的TTL电平（可能在0~3.3V之间）。更具体的，电气的特性也决定了线路的连接方式，比如RS232，规定用电平表示数据，因此线路就是单线路的，用两根线才能达到全双工的目的。

而RS485，使用差分电平表示数据（逻辑“1”为+(2-6)V，逻辑“0”为-(2-6)V），因此，必须用两根线才能达到传输数据的基本要求，要实现全双工，必须需用4根线。但是，无论使用RS232还是RS485，它们与UART是相对独立的，但是由于电气特性的差别，必须要有专用的器件和UART接驳（例如MAX232），实现电平转换，才能完成数据在线路和UART之间的正常流动。

区别

从某种意义上，可以说，线路上存在的仅仅是电流，RS232/RS485规定了这些电流在什么样的线路上流动和流动的形式；在UART那里，电流才被解释和组装成数据，并变成CPU可直接读写的形式。

RS232简介

RS232接口符合由美国电子工业协会（EIA）制定的串行数据通信接口标准。它被广泛应用于计算机串行接口外设连接。

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。

接口使用一组收发线构成共地的传输形式，这种传输方式很容易受到共模信号的干扰，因此抗噪声干扰性弱。传输速率较低，传输距离有限，实际应用中只能在15米左右。

RS232常用的3线制连接方式为2、3交叉5直连，即两个接口之间TXD和RXD互联，GND直接连接，其余接口不连接。其余接口连接时起流控作用，这里的“流”指的是数据流。数据在数据线上进行传输难免会出现错误，为了减少错误的发生，某些应用条件下需要流控信号来进行信号传输过程的控制。

RS485简介

在通信距离要求为几十米到上千米时，广泛采用RS485串行通信总线。能达到长传输距离，主要原因是它采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模信号干扰的能力。

逻辑“1”以两线间的电压差+2V~+6V表示，逻辑“0”以两线间的电压差-6V~-2V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不容易损坏接口电路芯片，且该电平与TTL电平兼容，刻方便与TTL电路连接。

RS-485接口的最大传输距离实际上可达3000米。RS-232-C接口在总线上只允许连接一个收发器，即单站能力；而RS-485接口在总线上只允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立设备网络。

RS485半双工接法为：RX+和TX+并联为Data+；RX-和TX-并联为Data-。

RS422简介

RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。

RS422的电气特性与RS485完全一样。主要区别：RS422有4根信号线：两根发送（TXD+、TXD-）、两根接收（RXD+、RXD-）。由于RS-422的收与发是分开的所以可以同时接收和发送（全双工）。