硬件 --- 通信 --- uart/通信方式/电平标准/通信方向

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

  • 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)
  • 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
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