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UART通信的本质是异步串行协议,但它可以通过不同的物理层电平标准来实现。
TTL或者CMOS
这是最基础、最直接的电平标准,广泛用于微控制器(MCU)、单片机、FPGA、ESP32/8266、Arduino等芯片之间的近距离通信。
逻辑电平: 逻辑 1 (高电平): +3.3V 或 +5V (取决于芯片的供电电压) 逻辑 0 (低电平): 0V (GND)
特点: 电平与芯片供电电压一致(5V系统就是5V,3.3V系统就是3.3V)。 通信距离很短,通常不超过1米。导线较长时,易受电磁干扰(EMI)导致数据错误。 通常直接称为 “TTL串口” 或 “UART”。 如何识别: 在开发板上通常会直接引出 TX (发送)、RX (接收)、GND (地线) 三根针脚。
重要警告: 5V TTL 和 3.3V TTL 器件混接时需谨慎,5V TX可能烧毁3.3V RX,需要电平转换电路。
RS-232 (经典)
这是古老但极其经典的工业标准,用于计算机与调制解调器(Modem)、打印机、工业设备等之间的较长距离通信。我们现在常说的“串口”或“COM口”通常就是指RS-232。
接口通常是 DB9 或 DB25 针式连接器。 计算机后面的9针COM口就是RS-232。
与TTL(CMOS)的关系: 计算机内部的UART也是TTL电平,但会通过一个 “MAX232” 或类似的电平转换芯片,在板载UART和外部RS-232接口之间进行 TTL ↔ RS-232 的双向转换。
逻辑电平:逻辑 1 (高电平): -3V 至 -15V (通常为 -12V左右) 逻辑 0 (低电平): +3V 至 +15V (通常为 +12V左右) -3V 至 +3V 为不确定区,这提高了抗噪声能力。
特点:使用负逻辑和高电压,抗干扰能力强,通信距离更远,通常可达15米。
RS-485 (工业首选)
这是一种用于工业环境、长距离、多设备通信的强大标准。它解决了TTL和RS-232只能点对点通信的缺点。
逻辑电平 (差分信号): 使用两根线 A 和 B 之间的电压差来表示逻辑。 逻辑 1 (高电平): B线电压比A线高至少 +0.2V (通常为 +2V) 逻辑 0 (低电平): A线电压比B线高至少 +0.2V (通常为 +2V)
特点: 差分传输,抗共模干扰能力极强,非常适合电气环境嘈杂的工厂。 通信距离远,可达1200米。 支持多点总线网络,一条总线上可以挂载多达32个甚至更多的收发器。
需要专门的RS-485收发器芯片(如MAX485)来将UART的TTL信号转换为RS-485差分信号。
LVDS (低压差分信号)
这个接口和RS485类似。
这是一种用于极高速度、低功耗、低噪声应用的电平标准,常见于高速视频接口(如FPD-Link)、平板显示器和背板通信。
逻辑电平 (超低压差分): 电压摆幅非常小(约350mV)。
逻辑 1 和 逻辑 0 由两条差分线之间的正负电压差定义。
特点: 速度极高(可达数Gbps)。 功耗极低。 抗干扰能力极强。
通常用于设备内部的极高速数据流传输,较少用于通用的UART调试。
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