1 UART 通用异步收发器
全称:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
核心:异步、串行、全双工 通信协议
专用引脚:
- RXD:数据接收信号线(Receive Data)
- TXD:数据发送信号线(Transmit Data)
接线规则:交叉连接
- 设备 A TXD → 设备 B RXD
- 设备 A RXD → 设备 B TXD
2 串行通信 vs 并行通信
2.1 串行通信
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定义:通过1 根数据线 ,逐个 bit依次发送数据
-
UART 发送规则:
严格遵循 LSB 优先(低位先行)
- 先发送最低位(bit0),最后发送最高位(bit7/bit8)
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特点:
- 传输速度:较慢
- 硬件成本:低、实现简单
- 传输距离:远(配合差分电路如 RS485 时)
- 抗干扰性:好(RS485 差分信号)
2.2 并行通信
- 定义:通过多根数据线 ,多个 bit 同时传输
- 特点:
- 传输速度:快
- 硬件成本:高、布线复杂
- 传输距离:极近(通常 < 30m)
- 抗干扰性:差(易串扰、时序偏移)
3 电平标准
3.1TTL 电平
- 标准:正逻辑
- 5V TTL:高电平 3.3~5V,低电平 0V
- 3.3V TTL:高电平 2~3.3V,低电平 0V
- 特点:传输距离极近(<1 米),只适合板内通信
- 常用芯片:CH340(USB ↔ TTL 电平转换,用于电脑和单片机串口通信)
3.2 RS232 电平
- 标准:负逻辑(与 TTL 完全相反)
- 电平范围:
- 高电平(逻辑 1):-3V ~ -15V
- 低电平(逻辑 0):+3V ~ +15V
- 特点:传输距离中等(约 15 米),抗干扰一般,不可直接与 TTL 连接,必须电平转换
3.3 RS485 电平
- 标准:差分信号(A、B 两根线)
- 判定规则:
- 逻辑 1(高):A - B > +200mV(常用 2~6V)
- 逻辑 0(低):A - B < -200mV(常用 -2~-6V)
- 特点:
- 传输距离最远(可达 1200 米)
- 抗干扰性最强
- 多机通信(一主多从)
- 半双工通信(2 线)/ 全双工(4 线)
4 通信方向模式
4.1 单工
- 方向:固定单向
- 角色:数据接收方和数据发送方是固定的
- 线路:1 根信号线
- 例子:广播、红外发射
4.2 半双工
- 方向:双向,但同一时刻只能单向(信双方既可以作为数据发送方也可以作为数据接收方)
- 线路:1 根数据线(或差分 2 线)
- 例子:I2C、RS485(2 线)、对讲机
- 注意:UART 不是半双工
4.3 全双工
- 方向:任意时刻双向同时传输
- 线路:2 根独立数据线(TX/RX)
- 例子:UART、SPI、USB、网络口