如果把串口通讯比做交通，UART比作车站，那么一帧的数据就好比汽车。汽车跑在路上，要遵守交通规则。如果是市内，一样平常限速30、40,而高速公路则可以到120。而汽车走什么路，限速多少，就要看协议怎么规定了。常见的串口协议有RS-232、RS-422、RS-485等，他们之间有何细微差别？下面我们就一起来磋商一下。
一、UART是什么
UART是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，常日称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART卖力处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采取相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟旗子暗记的情形下，仅用两根旗子暗记线（Rx 和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。
若加入一个得当的电平转换器，如SP3232E、SP3485，UART 还能用于RS-232、RS-485 通信，或与打算机的端口连接。UART 运用非常广泛，手机、工业掌握、PC 等运用中都要用到UART。
UART利用的是异步，串行通信。
串行通信是指利用一条传输线将资料一位位地顺序传送。特点是通信线路大略，利用大略的线缆就可实现通信，降落本钱，适用于远间隔通信，但传输速率慢的运用处所。
异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的韶光间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位间的韶光间隔是固定的。
数据传送速率用波特率来表示，即每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位（1个起始位，7个数据位，1个校验位，1个结束位），则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。
数据通信格式如下图：
个中各位的意义如下：
起始位：先发出一个逻辑”0”旗子暗记，表示传输字符的开始。
数据位：可以是5~8位逻辑”0”或”1”。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。小端传输
校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)
停滞位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前哨路上没有资料传送。
注：异步通信是按字符传输的，吸收设备在收到起始旗子暗记之后只要在一个字符的传输韶光内能和发送设备保持同步就能精确吸收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准（依赖检测起始位来实现发送与吸收方的时钟自同步的）
二、RS-232标准
RS-232是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制订的一种串行物理接口标准。RS是英文“推举标准”的缩写，232为标识号。RS-232是对电气特性以及物理特性的规定，只浸染于数据的传输通路上，它并不内含对数据的处理办法。须要解释一下,很多人常常把RS-232、RS-422、RS-485 误称为通讯协议,这是很不应该的，实在它们仅是关于UART通讯的一个机器和电气接口标准（顶多是网络协议中的物理层面）。
该标准规定采取一个25 个脚的DB-25 连接器，对连接器的每个引脚的旗子暗记内容加以规定，还对各种旗子暗记的电平加以规定。后来IBM的PC 机将RS-232 简化成了DB-9 连接器，从而成为本日的事实标准。而工业掌握的RS-232 口一样平常只利用RXD（2）、TXD（3）、GND（5） 三条线。
早期由于PC都带有RS-232接口，以是我们须要利用UART时，都选择RS-232。但是现在个人电脑，不只是条记本，包括台式机都不再带有RS-232的接口，大家看到电脑主板上面没有DB9的接口。以是现在开拓板都选择TTL的UART，或者直接UART转USB做在开拓板上。
嵌入式里面说的串口，一样平常是指UART口， 但是我们常常搞不清楚它和COM口的差异, 以及RS232, TTL等关系, 实际上UART,COM指的物理接口形式(硬件), 而TTL、RS-232是指的电平标准(电旗子暗记).
UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL电平, 低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）。
三、RS-485/ RS-422标准
RS-232接口可以实现点对点的通信办法，但这种办法不能实现联网功能。于是，为理解决这个问题，一个新的标准RS-485产生了。RS-485的数据旗子暗记采取差分传输办法，也称作平衡传输，它利用一对双绞线，将个中一线定义为A，另一线定义为B。
常日情形下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个旗子暗记地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。
RS-422 的电气性能与RS-485完备一样。紧张的差异在于：RS-422 有4 根旗子暗记线：两根发送、两根吸收。由于RS-422 的收与发是分开的以是可以同时收和发（全双工），也正由于全双工哀求收发要有单独的信道，以是RS-422适用于两个站之间通信，星型网、环网，不可用于总线网；RS-485 只有2 根旗子暗记线，以是只能事情在半双工模式，常用于总线网。
1.RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。接口旗子暗记电平比RS-232-C降落了，就不易破坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
2.RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。
3.RS-485接口是采取平衡驱动器和差分吸收器的组合，抗共模滋扰能力增强，即抗噪声滋扰性好。
4.RS-485最大的通信间隔约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输间隔成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信间隔，如果需传输更长的间隔，须要加485中继器。RS-485总线一样平常最大支持32个节点，如果利用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
由于RS-232 接口标准涌现较早，难免有不敷之处，紧张有以下几点：
（1） 接口的旗子暗记电平值较高，易破坏接口电路芯片，又由于232电平与TTL电平不兼容故需利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，波特率为20Kbps。现在由于采取了新的UART芯片，波特率达到115.2Kbps（1.832M/16）；
（3） 接口利用一根旗子暗记线和一根旗子暗记返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输随意马虎产生共模滋扰，以是抗噪声滋扰性弱；
（4） 传输间隔有限，最大传输间隔标准值为50 米，实际上也只能用在15 米旁边；
（5） RS-232 只容许一对一的通信，没有考虑构成串行总线。(这点很主要，在很多掌握场景，是一控多，如果主设备都须要跟从设备点对点通信，那现场布线成蜘蛛网了)
非平衡型串行通信接口RS-423，RS-449
平衡型串行通信接口RS-422
RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh打算机的串口连接标准。RS-422利用差分旗子暗记，RS-232利用非平衡参考地的旗子暗记。差分传输利用两根线发送和吸收旗子暗记，比拟RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输间隔。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输间隔是一个很大的优点。
四、RS-232与RS-485比拟
1、抗滋扰性：RS485 接口是采取平衡驱动器和差分吸收器的组合，抗噪声滋扰性好。RS232 接口利用一根旗子暗记线和一根旗子暗记返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输随意马虎产生共模滋扰。
2、传输间隔：RS485 接口的最大传输间隔标准值为 1200 米（9600bps 时），实际上可达 3000 米。RS232 传输间隔有限，最大传输间隔标准值为 50 米，实际上也只能用在 15 米旁边。
3、通信能力：RS-485 接口在总线上是许可连接多达128个收发器，用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络。RS-232只许可一对一通信。
4、传输速率：RS-232传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps。RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps 。
5、旗子暗记线：RS485 接口组成的半双工网络，一样平常只需二根旗子暗记线。RS-232 口一样平常只利用 RXD、TXD、GND 三条线 。
6、电气电平值：RS-485的逻辑\"大众1\"大众以两线间的电压差为+（2-6） V 表示；逻辑\"大众0\公众以两线间的电压差为-（2-6）V 表 示 。在 RS-232-C 中任何一条旗子暗记线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑\"大众1\"大众，-5- -15V；逻辑\公众0 \"大众 +5- +15V 。
五、RS-422与RS-485比拟
RS-485的电气性能与RS-422完备一样。紧张的差异在于：
1、RS-422 有4 根旗子暗记线：两根发送（Y、Z）、两根吸收（A、B）。由于RS-422 的收与发是分开的以是可以同时收和发（全双工）。
2、RS-485 只有两根数据线：发送和吸收都是A 和B。由于RS-485 的收与发是共用两根线，以是不能同时收和发（半双工）。
RS-485标准采取平衡式发送，差分式吸收的数据收发器来驱动总线，详细规格哀求：
吸收器的输入电阻RIN≥12kΩ
驱动器能输出±7V的共模电压
输入真个电容≤50pF
在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情形下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）
吸收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示旗子暗记“0”；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示旗子暗记“1”）
由于RS-485的远间隔、多节点（32个）以及传输线本钱低的特性，使得EIA RS-485成为工业运用中数据传输的首选标准。
（1） RS-485 的电气特性：发送端：逻辑“0”以两线间的电压差+（2 ~6）V 表示；逻辑“1”以两线间的电压差-（2 ~6）V 表示。吸收端：A 比B 高200mV 以上即认为是逻辑“0”，A 比B 低200mV 以上即认为是逻辑“1”；
（2） RS-485 的数据最高传输速率为10Mbps。但是由于RS-485 常常要与PC 机的RS-232 口通信，以是实际上一样平常最高115.2Kbps。又由于太高的速率会使RS-485 传输间隔减小，以是每每为9600bps 旁边或以下；
（3） RS-485 接口是采取平衡驱动器和差分吸收器的组合，抗噪声滋扰性好；
（4） RS-485 接口的最大传输间隔标准为1200 米（9600bps 时），实际上可达3000米，RS-485 接口在总线上是容许连接多达128 个收发器、即RS-485 具有多机通信功能，这样用户可以利用单一的RS-485 接口方便的建立起网络。由于RS-485 接口组成的半双工网络，一样平常只需二根旗子暗记线，以是RS-485 接口均采取双绞线传输。RS-485 的国际标准并没有规定RS-485 的接口连接器标准、以是采取接线端子或者DB-9、DB-25 等连接器都可以。
在利用RS-485 接口时，对付特定的传输线径，从发生器到负载其数据旗子暗记传输所容许的最大电缆长度是数据旗子暗记速率的函数，这个长度数据紧张是受旗子暗记失落真及噪声等影响所限定。最大电缆长度与旗子暗记速率的关系曲线是利用24AWG 铜芯双绞电话电缆（线径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100 欧时所得出的。（引自GB11014-89 附录A）。当数据旗子暗记速率降落到90Kbit/S 以下时，假定最大容许的旗子暗记丢失为6dBV 时，则电缆长度被限定在1200m。实际上，在实用时是完备可以取得比它大的电缆长度。当利用不同线径的电缆，则取得的最大电缆长度是不相同的。例如：当数据旗子暗记速率为600Kbit/S 时，采取24AWG 电缆，最大电缆长度是200m，若采取19AWG电缆（线径为0.91mm）则电缆长度将可以大于200m；若采取28AWG 电缆（线径为0.32mm），则电缆长度只能小于200m。
RS-485的远间隔通信建议采取屏蔽电缆，并且将屏蔽层作为地线。
六、影响RS-485总线通讯速率和通信可靠性的三个成分
1、在通信电缆中的旗子暗记反射
在通信过程中，有两种旗子暗记成分导致旗子暗记反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，旗子暗记在传输线末端溘然碰着电缆阻抗很小乃至没有，旗子暗记在这个地方就会引起反射，如图所示。这种旗子暗记反射的事理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。肃清这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于旗子暗记在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
从理论上剖析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就再也不会涌现旗子暗记反射征象。但是，在实现运用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等运用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完备相等，因此或多或少的旗子暗记反射还会存在。
引起旗子暗记反射的另一个缘故原由是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种缘故原由引起的反射，紧张表现在通讯线路处在空闲办法时，全体网络数据混乱。
旗子暗记反射对数据传输的影响，归根结底是由于反射旗子暗记触发了吸收器输入真个比较器，使吸收器收到了缺点的旗子暗记，导致CRC校验缺点或全体数据帧缺点。
在旗子暗记剖析，衡量反射旗子暗记强度的参数是RAF（Refection AttenuationFactor反射衰减因子）。它的打算公式如式（1）。
RAF=20lg(Vref/Vinc) （1）
式中：Vref—反射旗子暗记的电压大小；Vinc—在电缆与收发器或终端电阻连接点的入射旗子暗记的电压大小。
详细的丈量方法如图3所示。例如，由实验测得2.5MHz的入射旗子暗记正弦波的峰-峰值为+5V，反射旗子暗记的峰-峰值为+0.297V，则该通讯电缆在2.5MHz的通讯速率时，它的反射衰减因子为：
RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB
要减弱反射旗子暗记对通讯线路的影响，常日采取噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际运用中，对付比较小的反射旗子暗记，为大略方便，常常采取加偏置电阻的方法。在通讯线路中，如何通过加偏置电阻提高通讯可靠性的事理。
2、在通讯电缆中的旗子暗记衰减
第二个影响旗子暗记传输的成分是旗子暗记在电缆的传输过程中衰减。一条传输电缆可以把它看出由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路，如图所示。
电缆的分布电容C紧张是由双绞线的两条平行导线产生。导线的电阻在这里对旗子暗记的影响很小，可以忽略不计。旗子暗记的丢失紧张是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。PROFIBUS用的LAN标准型二芯电缆（西门子为DP总线选用的标准电缆），在不同波特率时的衰减系数如表1所示。
电缆的衰减系数
3、在通讯电缆中的纯阻负载
影响通讯性能的第三个成分是纯阻性负载（也叫直流负载）的大小。这里指的纯阻性负载紧张由终端电阻、偏置电阻和RS-485收发器三者构成。
在阐述EIA RS-485规范时曾提到过RS-485驱动器在带了32个节点，配置了150Ω终端电阻的情形下，至少能输出1.5V的差分电压。一个吸收器的输入电阻为12kΩ，全体网络的等效电路如图5所示。按这样打算，RS-485驱动器的负载能力为：
RL=32个输入电阻并联2个终端电阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））≈51.7Ω
现在比较常用的RS-485驱动器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489以及和利时公司利用的SN75176A/D等，个中有的RS-485驱动器负载能力可以达到20Ω。在不考虑其它诸多成分的情形下，按照驱动能力和负载的关系打算，一个驱动器可带节点的最大数量将远远大于32个。
在通讯波特率比较高的时候，在线路上偏置电阻是很有必要的。偏置电阻的连接方法如图6。它的浸染是在线路进入空闲状态后，把总线上没有数据时（空闲办法）的电平拉离0电平，如图7。这样一来，纵然线路中涌现了比较小的反射旗子暗记或滋扰，挂接在总线上的数据吸收器也不会由于这些旗子暗记的到来而产生误动作。
通过下面后例子了，可以打算出偏置电阻的大小：
终端电阻Rt1=Rr2=120Ω；
假设反射旗子暗记最大的峰-峰值Vref≤0.3Vp-p，则负半周的电压Vref≤0.15V;终真个电阻上由反射旗子暗记引起的反射电流Iref≤0.15/(120||120)=2.5mA。一样平常RS-485收发器（包括SN75176）的滞后电压值（hysteresis value）为50mV，即：
（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV
于是可以打算出偏置电阻产生的偏置电流Ibias≥3.33mA
+5V=Ibias(R上拉+R下拉+（Rt1||Rt2）) （2）
通过式2可以打算出R上拉=R下拉=720Ω
在实际运用中，RS-485总线加偏置电阻有两种方法：
（1）把偏置电阻平衡分配给总线上的每一个收发器。这种方法给挂接在RS-485总线上的每一个收发器加了偏置电阻，给每一个收发器都加了一个偏置电压。
（2）在一段总线上只用一对偏置电阻。这种方法对总线上存在大的反射旗子暗记或滋扰旗子暗记比较有效。值得把稳的是偏置电阻的加入，增加了总线的负载。
七、RS-485总线的负载能力和通讯电缆长度之间的关系
在设计RS-485总线组成的网络配置（总线长度和带负载个数）时，该当考虑到三个参数：纯阻性负载、旗子暗记衰减和噪声容限。纯阻性负载、旗子暗记衰减这两个参数，在前面已经谈论过，现在要谈论的是噪声容限（Noise Margin）。RS-485总线吸收器的噪声容限至少该当大于200mV。前面的论述者是在假设噪声容限为0的情形下进行的。在实际运用中，为了提高总线的抗滋扰能力，总希望系统的噪声容限比EIA RS-485标准中规定的好一些。从下面的公式能看出总线带负载的多少和通讯电缆长度之间的关系：
Vend=0.8(Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias)(3)
个中：Vend为总线末端的旗子暗记电压，在标准测定时规定为0.2V；Vdriver为驱动器的输出电压（与负载数有关。负载数在5～35个之间，Vdriver=2.4V；当负载数小于5，Vdriver=2.5V；当负载数大于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss为旗子暗记在总线中的传输过程中的损耗（与通讯电缆的规格和长度有关），由表1供应的标准电缆的衰减系数，根据公式衰减系数b=20lg(Vout/Vin)可以打算出Vloss=Vin-Vout=0.6V(注：通讯波特率为9.6kbps，电缆长度1km，如果特率增加，Vloss会相应增大)；Vnoise为噪声容限，在标准测定时规定为0.1V；Vbias是由偏置电阻供应的偏置电压（范例值为0.4V）。
式（3）中乘以0.8是为了使通信电缆不进入满载状态。从式（3）可以看出，Vdriver的大小和总线上带负载数的多少成反比，Vloss的大小和总线长度成反比，其他几个参数只和用的驱动器类型有关。因此，在选定了驱动器的RS-495总线上，在通信波特率一定的情形下，带负载数的多少，与旗子暗记能传输的最大间隔是直接干系的。详细关系是：在总线许可的范围内，带负载数越多，旗子暗记能传输的间隔就越小；带负载数据少，旗子暗记能传输的间隔就发越远。
八、分布电容对RS-485总线传输性能的影响
电缆的分布电容主是由双绞线的两条平行导线产生。其余，导线和地之间也存在分布电容，虽然很小，但在剖析时也不能忽略。分布电容对总线传输性能的影响，紧张是由于总线上传输的是基波旗子暗记，旗子暗记的表达办法只有“1”和“0”。在分外的字节中，例如0x01，旗子暗记“0”使得分布电容有足够的充电韶光，而旗子暗记“1”到来时，由于分布电容中的电荷，来不及放电，(Vin+)—(Vin-)-还大于200mV，结果使接爱误认为是“0”，而终极导致CRC校验缺点，全体数据帧传输缺点。详细过程如图所示。
由于总线上分布影响，导致数据传输缺点，从而使全体网络性能降落。办理这个问题有两种方法：
（1）降落数据传输的波特率；
（2）利用分布电容小的电缆，提高传输线的质量。
仅仅用一对双绞线将各个接口的A、B端连接起来，而不对RS-485通信链路的旗子暗记接地，在某些情形下也可以事情，但给系统埋下了隐患。RS-485接口采取差分办法传输旗子暗记并不须要对付某个参照点来检测旗子暗记系统，只需检测两线之间的电位差就可以了。但该当把稳的是收发器只有在共模电压不超出一定范围(-7V至+12V)的条件下才能正常事情。当共模电压超出此范围，就会影响通信的可靠直至破坏接口。如图1所示，当发送器A向吸收器B发送数据时，发送器A的输出共模电压为VOS，由于两个别系具有各自独立的接地系统存在着地电位差VGPD，那么吸收器输入真个共模电压就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度(十几伏乃至数十伏)，并可能伴有强滋扰旗子暗记致使吸收器共模输入VCM超出正常围，在旗子暗记线上产生滋扰电流影响正常通信，或破坏设备。
总结：
串口是一种非常通用的设备接口，是仪器仪表设备常用的通信接口，常用于远程采集设备数据或者实现远程掌握。串口的开拓也比较大略，是很多工程师最喜好的接口之一。
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