三分钟带你了解串口原理

  串口的定义：“串口”是串行通信接口的简称，所谓“串行通信”是指数据按位依次发送的通信方式。常见的串口有：RS232和RS485。虽然串口通信诞生的时间较早，但它仍然活跃在当今工业自动化控制领域。今天这篇文章，就带大家进一步探索串口的原理及应用。

  我们要想解决两个设备间的通讯，就必须约定一个“通信规则”来定义双方都明白的内容。单片机电子电路中输出的是TTL电平信号，用 5V 表示二进制逻辑 “1”，使用 0V 表示逻辑 “0”。但是光有“1”和“0”，某一时刻传递1bit信息，只能表示2种状态信息，如果要传达更多信息，就必须增加bit位的数量，那么串行通讯协议就应运而生了，在串行通讯标准中，我们大家可以用8bit来表达一个ASCII字符，通过字符组成一个个字符串，这样就能够达到传递更加多信息的目的。

  在上面的通讯方式中，两个通讯设备的DB9接口之间通过串口信号线建立连接，串口信号线标准传输数据信号。由于RS-232电平标准的信号不能被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个电平转换芯片转换成控制器能识别的TTL校准的电平信号，才能实现通讯。

  通信的双方已经定义好了传输一个字节（Byte）包含多少位（Bit），都是通过“0”和“1”按顺序依次发送的，但是又如何来确定从哪里开始接收的信息是有效的呢？这个就要双方达成同步才行，一边开始发，另一边就同步开始收，这个同步的频率就是波特率。波特率的定义就是在单位时间内传输的字符的个数。波特率有一定的选择范围（并非任意值），常见的波特率有：9600，38400，56000，115200等。还有很多其它的值，通信双方约定好相同的波特率即可。

  RS232串口能轻松实现点对点的传输，RS232接收-发送端的电信号是相对于公共地线（GND）的电压信号。当电压在+3V~+15V之间表示逻辑“0”，当电压在-3V~-15V之间表示逻辑“1”。由于电压值都是相对于地线的电压差，其发送电平与接收电平的差只有2～3V，所以共模抑制能力比较差，容易受到共地噪声和外部干扰的影响，再加上信号线之间的分布电容，因此其传送距离最大为约15米，最高数据传输速率为20kb/s。

  为了解决信号更稳定和远距离传输的问题，发展成RS485串口协议，RS485采用差分信号传输，逻辑电压值不再与地线”，这样即使受到干扰，2条信号线的电压同时发生明显的变化，二者的电压差值不变，意味着信号的传输也不可能会发生改变。这样大幅度的提升了信号的稳定性和传输距离。

  4.1 TTL转DB9：通常我们正真看到的设备外壳上自带的DB9串口，都是主板上的TTL电平转换电路引出的，方便我们与其它设备间通讯连接。一般设备主板上很少会预留4针的TTL电平信号接口，如果有遇到，那么就需要找到TTL转串口的转接线才能完成与其它外设的串口连接（如下图）。按TXD信息发送，RXD信号接收，GND地线，VCC供电线的对应针位，采用直连的方式接线公转公或母转母：实际应用中，如果碰到2个设备的DB9接口相同，都是或都是母头，那么就需要找一条DB9转接线，我们以母转母为例，下图中的转接线两端都是，正好匹配设备间的母转母端口，必须要格外注意的是，必须选用交叉转换线，因为相同端口的设备信号传输接线方式相同，中间需要对信息收发进行交叉才能正常通讯。

  4.3 USB转DB9：我们将电脑与设备连接的时候，特别是现在笔记本取消了DB9端口，所以只可以通过电脑USB口与设备的DB9端口相连，中间需要一条USB转DB9的转接线（如下图），对应选择USB转或母头即可。

  4.4 USB转TTL：这种转接板通常用作设备控制程序调试，搭配TTL转DB9转接线使用，能轻松实现控制程序的调试，设备数据的读取。

  串口在工业自动化控制中的应用十分普遍，了解完硬件接口的原理，其实也离不开软件的驱动；硬件层协议像是公路，可以让车辆顺利通过，而软件层协议和程序，更像是交通规则，可以让车辆按指定的方式通行。云燕信息在工业控制领域积累了丰富的实施经验，对于硬件的组网和软件的配套开发，已形成了一套成熟的物联网方案，能够在一定程度上帮助工业公司快速搭建物联网，实现物联网设备的自动化控制目标。

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