[嵌入式] 常见的接口汇总

UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的简称，也就是通用异步收发传输器。UART可以连接TTL电平也可以连接RS-232，UART接TTL电平就是普通的串口，+5V等价于逻辑"1"，0V等价于逻辑"0"；而UART如果接了RS232/RS485的转换芯片，那么后面的总线上就是按照RS232/RS485规则来传输数据。UART是一种串行、异步、全双工的通信协议，工作原理是将传输数据的每个二进制位串行传输。在UART通信协议中信号线上的状态为高电平时代表“1”，信号线上的状态为低电平时代表“0”。

2.2 UART数据格式

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），数据通信格式为下图。

空闲位：

UART协议规定，当总线处于空闲状态时信号线的状态位'1'即高电平，表示当前线路上没有数据传输。

起始位：

每开始一次通信时发送方先发出一个逻辑'0'的信号（低电平），表示传输字符的开始。因为总线空闲时为高电平所以开始一次通信时先发送一个明显区别于空闲状态的信号即低电平。

数据位：

起始位之后就是我们要传输的数据，数据位可以是5、6、7、8、9位等，构成一个字符（一般是7位），如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。先发送最低位，最后发送最高位。

奇偶校验位：

数据位加上这一位（奇偶校验位）后，使得'1'的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验数据传送的正确性。校验位其实是调整个数，

奇校验（odd parity）：如果数据位中“1”的数目是偶数，则校验位为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位为“0”。
偶校验（even parity）：如果数据为中“1”的数目是偶数，则校验位为“0”，如果为奇数，校验位为“1”。

停止位：

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。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中的两台设备之间出现了不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟的机会。停止

位个数越多，数据传输越稳定，但是数据传输速度也越慢。

3. TTL电平

3.1 TTL电平概述

TTL是Transistor-Transistor Logic的简写，是一种电平逻辑，晶体管-晶体管逻辑。

3.2 标准TTL电平逻辑

逻辑1：高电平，VCC(3.3V/5V)

逻辑0：低电平，GND(0V)

对TTL电平的器件来说，当输入电压高于2V时，才会被识别为逻辑1，输入的低电平低于1.2V时，才会被识别为0。输出高电平 $V_{oh}>2.4V$ ，输出低电平 $V_{ol}<0.8V$ ，输入高电平 $V_{ih}>2.0V$ ，输入低电平 $V_{il}<1.2V$ 。

3.3 USB转TTL

玩过51单片机的小伙伴应该都用过CH340G模块，用来下载HEX文件，这个模块的作用就是将USB转成TTL电平。一般单片机的电平都是TTL电平，模块的内部芯片是CH340T，图（USB转TTL模块）

?使用CH340T芯片，USB转TTL电平的电路原理图。

?注意：CH340G和CH340T都是USB转TTL电平的芯片，只是封装不同，管脚不同。

3.4 TTL与单片机连接

TTL电平的器件之间通信，只需要三根信号线：TXD、RXD和GND，和单片机接法很简单，3.3V的单片机就接3.3V，5V的单片机就接5V，如果单片机有单独的供电，3.3V和5V都不接。

4. USB

USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑和外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术，特点是传输速度快，支持热插拔，可连接多个设备。常见的USB接口有：

其中最常见的Type-A的USB的接口定义为

5. RS-232

5.1?RS-232概述及电平逻辑

RS232不同于TTL的电平逻辑，为负逻辑。负12V代表高电平逻辑1，正12V代表低电平逻辑0，电压也有标准范围。

高电平：逻辑1，-15V到-3V；

低电平：逻辑0，+3V到+15V

5.2?DB9接口定义

RS232串口线最常见的就是DB9针，一般用到最多的是RXD、TXD、GND三个信号。下面是RS232串口引脚的定义：

母头引脚	引脚作用+名称		公头引脚	引脚作用+名称
1	数据载波检测	DCD	1	数据载波检测	DCD
2	数据发送	TXD	2	数据接收	RXD
3	数据接收	RXD	3	数据发送	TXD
4	数据设备准备	DSR	4	数据终端准备	DTR
5	地	GND	5	地	GND
6	数据终端准备	DTR	6	数据设备准备	DSR
7	清除发送	CTS	7	请求发送	RTS
8	请求发送	RTS	8	清除发送	CTS
9	振铃指示	RI	9	振铃指示	RI

5.3?USB转RS-232

USB转RS-232可以先将USB转换为TTL，再将TTL转换为RS232。目前有很多USB直接转RS232的线材，线材内部集成转换电路。常用的USB转RS-232用的两个芯片是FT232和SP213。

5.4?TTL和RS-232互转

单片机接口一般是TTL电平，如果接232电平的外设，就需要加TTL转RS-232的模块，转换方向是双向的。

TTL和RS-232电平互相转换最常用的芯片是MAX232和SP232。

6. RS-485

6.1 RS-485 概述

RS-485和RS232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA/EIA-485-A。RS-485弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点。RS-485的速率可达10Mbit/s，理论通信距离可达1200m。

6.2?RS-485电平逻辑

RS-485是差分传输，如果用单片机控制RS-485接口的设备，需要用到收发器，这一点和CAN总线类似，实例如下图。

一般收发器内部是一个发送器加一个接收器组成。收发器典型的功能框图如下，其中使能信号字母上面加一横是低电平有效，不加的是高电平有效。

其中，A和B是总线；R是接收器的输出；RE是接收器的使能信号；DE是发送器的使能信号；D是发送器的输入。

对于发送器，当发送器使能引脚DE为逻辑高时，差分输出A和B遵循数据输入D处的逻辑状态。D处的逻辑高导致A转为高，B转为低。在这种情况下，定义为 $V_{OD} = V_{A}-V_{B}$ 的差分输出电压为正。当D为低时，输出状态反转，B变高，A变低， $V_{OD}$ 为负。当DE为低时，两个输出都变成高阻抗，在这种情况下，与D处的逻辑状态是不相关的。

发送器真值表

input	enable	output	output	description
D	DE	A	B
H	H	H	L	Actively drive bus high
L	H	L	H	Actively drive bus low
X	L	Z	Z	Drive disabled
X	OPEN	Z	Z	Driver disabled by default
OPEN	H	H	L	Actively drive bus high by default

对于接收器，当接收器使能引脚RE逻辑低时，接收器使能。当定义为 $V_{ID}=V_{A}-V_{B}$ 的差分输入电压为正且高于正输入阈值 $V_{IT+}$ 时，接收器输出R变高。当 $V_{ID}$ 为负且低于负输入阈值 $V_{IT-}$ ，接收器输出R变低。如果VID在VIT＋和VIT－之间，则输出不确定。当RE为逻辑高或悬空时，接收器输出为高阻抗，VID的大小和极性无关。

Differential　input	enable	output	description
VID＝VA－VB	RE	R
VIT+＜VID	Ｌ	Ｈ	Receive valid bus high
VIT-<VID<VIT+	L	?	Indeterminate bus state
VID<VIT-	L	L	Receive valid bus low
X	H	Z	Receiver disabled
X	OPEN	Z	Receiver disabled by default
Open-circuit bus	L	H	Fail-safe high output
Short-circuit bus	L	H	Fail-safe high output
Idle (terminated) bus	L	H	Fail-safe high output