串口、COM口、UART、TTL、USB、RS-232、RS-485、I2C、SPI、CAN、1-WIRE简介

('一、串口1、串口概述串行接口简称为串口，也叫串行通信接口，一般也叫COM口，这是一个统称，采用串行通信的接口都叫作串口，串口是一个硬件接口。2、公头和母头有公头和母头之分，大家可以自行记忆，左边有孔的为母头，另外一个就为公头。公头和母头3、串行和并行串行：计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。并行：在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信，所以并行的速度比串行快。串行和并行二、UARTUART是UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter的简称，意为通用异步收发传输器，UART包含TTL电平的串口和RS-232电平的串口，使用UART通信的双方设备都需要遵从UART协议。三、TTL电平1、TTL概述TTL是Transistor-TransistorLogic的简写，是一种电平逻辑，晶体管-晶体管逻辑。2、标准TTL电平逻辑逻辑1代表高电平，连接到电源VCC，逻辑0为低电平，连接到电源地。\uf0b7逻辑1，高电平，VCC（3.3V/5V）\uf0b7逻辑0，低电平，GND（0V）TTL有电压范围，分为输出高、低电平和输入高、低电平，输出高电平用表示，输出低电平用表示；输入高电平用表示，输入低电平用表示。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，这是为什么输出高电平2.4V，高于2V；输出低电平0.8V，低于1.2V的原因所在。如下是标准TTL电平，TTL有很多类型，电压有所区别。3、USB转TTL玩过51单片机的小伙伴都用过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，ST官方推荐。USB转TTL模块使用CH340T芯片，USB转TTL电平的电路原理图。USB转TTL原理图4、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单片机就接3.3V，5V单片机就接5V，如果单片机有单独的供电，3.3V和5V都不接。USB转TTL模块与单片机的连接四、USB1、USB概述USB是UniversalSerialBus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与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。我们在很多地方可以看到USB的身影，鼠标，键盘，手机充电器，现在几乎所有的电子充电设备都是USB接口，如下是各个USB的物理接口。USB接口分类2、USB速率\uf0b71MB/s=8Mbps（1个Byte等于8bit）\uf0b7USB1.0低速（LowSpeed）传输速率为1.5Mbps；\uf0b7USB1.1全速（FullSpeed）传输速率为12Mbps；\uf0b7USB2.0高速（HighSpeed）传输速率为480Mbps；\uf0b7USB3.0超速（SuperSpeed）传输速率为5Gbps；\uf0b7USB3.1Gen2超高速（SuperSpeed+）传输速率为10Gbps；3、USB接口定义最常见的的Type-A型USB接口定义如下。Pin#Name颜色1VBUS/+5V红色2D-/Data-/DM白色3D+/Data+/DP绿色4GND黑色Type-A型接口五、RS-2321、RS-232概述RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接，连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。2、RS-232电平逻辑RS-232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。\uf0b7高电平，逻辑1，-15Vto-3V\uf0b7低电平，逻辑0，＋3Vto+15除了TTL和RS232，常见的还有一个CMOS电平标准，电压范围如下：3、DB9接口定义下图是DB9公头和母头的定义，一般用的最多的是RXD、TXD、GND，三个信号。DB9公头和母头接口信号定义工业场合还会用到DB-25的RS232，DB9和DB25接口可以转换。DB9转DB254、USB转RS-232USB转232，可以先将USB转换为TTL，再将TTL转换为RS232，当然市面上也有很多USB直接转RS232的线材，线材内部集成转换电路，淘宝上某USB转RS232用的两个芯片是FT232和SP213。USB转RS232线材5、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RS232的模块，转换方向是双向的。TTL和RS232电平互相转换最常用的芯片是MAX232和SP3232。TTL和RS-232转换模块六、RS-4851、RS-485概述RS-485和RS-232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA/EIA-485-A，习惯称为RS-485标准，RS-485弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点。RS-485和RS-232单端传输不一样，是差分传输，使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一个定义为B。2、RS-485电平逻辑RS-485是差分传输，一般收发器内部是一个发送器加一个收发器组成。下图是收发器典型的功能框图。对于使能信号，字母上面加一横的为低电平有效，不加的为高电平有效。RS-485内部结构对于发送器，有如下的真值表：\uf0b7当驱动器使能引脚为逻辑高时，差分输出和遵循数据输入处的逻辑状态。处的逻辑高导致A转为高，B转为低。在这种情况下，定义为的差分输出电压为正。当为低时，输出状态反转，变高，变低，为负。\uf0b7当低时，两个输出都变成高阻抗。在这种情况下，与处的逻辑状态是不相关的。RS-485发送器真值表对于接收器，有如下的真值表：\uf0b7当接收器使能引脚逻辑低时，接收器被激活。当定义为的差分输入电压为正且高于正输入阈值时，接收机输出变高。当为负且低于负输入阈值，接收机输出变低。如果在和之间，则输出不确定。\uf0b7当为逻辑高或悬空时，接收机输出为高阻抗，的大小和极性无关。RS-485接受器真值表RS-485电平逻辑说明很多收发器的标准达到甚至超过TIA/EIA-485A规范，在实际使用中，以器件的SPEC参数为主。3、TTL和RS-485转换TTL转成RS-485很常见，收发器芯片市面上很多，比如MAX485，用起来也很简单，一般左边接MCU的GPIO，用来控制。TTL转RS-4854、RS-232和RS-485转换RS-232和RS-485之间可以转换，一个方法是RS-232转换成TTL，再由TTL转换为RS-485，当然也有芯片支持将RS-232支持转换成RS-485，双向转换。RS-232和RS-485转换模块七、IIC1、IIC概述IIC总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，IIC只需要两根线进行通信，SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）下图是I2C总线的典型结构，同一时刻可以单主机多从机或单主机单从机，I2C总线上的任意设备都可以当主机，一般主机是MCU，当有多个主机时，会通过总线仲裁的方式选出一个主机，其他退出作从机。IIC总线架构2、IIC速率\uf0b7标准模式：100Kbit/s\uf0b7快速模式：400Kbit/s\uf0b7高速模式：3.4Mbit/s八、SPI1、SPI概述SPI是串行外设接口（SerialPeripheralInterface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，SPI的速率比I2C高，一般可以到几十Mbps，不同的器件当主机和当作从机的速率一般不同。2、SPI信号线\uf0b7MISO–MasterInputSlaveOutput，主设备数据输入，从设备数据输出；\uf0b7MOSI–MasterOutputSlaveInput，主设备数据输出，从设备数据输入；\uf0b7SCLK–SerialClock，时钟信号，由主设备产生；\uf0b7CS–ChipSelect，从设备使能信号，由主设备控制；3、SPI典型应用SPI最典型的应用是单主机单从机，下图是接线方式，当然也可以多从机。SPI单主机单从机连接方式九、CAN1、CAN概述CAN是ControllerAreaNetwork的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现在是汽车网络的标准协议。2、CAN电平逻辑电平逻辑总线Value显性电平0CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V隐性电平1CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V十、1-WIRE1、1-WIRE概述单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术，与SPI、I2C串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。2、1-WIRE典型框图如下是1-WIRE的典型框图，可以看到微处理器和1-WIRE器件之间只有一根线。\uf0b7当MCU发送逻辑1时，经过反相器，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑1；\uf0b7当MCU发送逻辑0时，经过反向器，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑0；\uf0b7同理，当1WIRE器件发送逻辑1时，Tx处有NMOS会导通，总线呈现逻辑0，经过MCURx处的反相器，MCU会收到逻辑1；\uf0b7发送逻辑0时，NMOS截止，总线呈现逻辑1，MCU会收到逻辑0；1-WIRE结构图',)