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UART通信中常用的电平标准

2025/08/27
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本篇主要讨论UART通信中常用的电平标准

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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