串口协议

串口概念

首先，串口、UART口、COM口、USB口是指的物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485是指的电平标准(电信号)。

串口：串口是一个泛称，UART、TTL、RS232、RS485都遵循类似的通信时序协议，因此都被通称为串口。

UART接口：通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，UART是串口收发的逻辑电路，这部分可以独立成芯片，也可以作为模块嵌入到其他芯片里，单片机、SOC、PC里都会有UART模块。

COM口：特指台式计算机或一些电子设备上的D-SUB外形(一种连接器结构，VGA接口的连接器也是D-SUB)的串行通信口，应用了串口通信时序和RS232的逻辑电平。

USB口：通用串行总线，和串口完全是两个概念。虽然也是串行方式通信，但由于USB的通信时序和信号电平都和串口完全不同，因此和串口没有任何关系。USB是高速的通信接口，用于PC连接各种外设，U盘、键鼠、移动硬盘、当然也包括“USB转串口”的模块。（USB转串口模块，就是USB接口的UART模块）

1、单工、半双工和全双工

单工：单方向收发数据，譬如，只能A发送数据，B接收数据。

半双工：双方分时收发数据，譬如，“A发送数据，B接收数据”或者“A接收数据，B发送数据”，两个方向不能同时进行。

全双工：双方同时收发数据，譬如，“A发送数据，B接收数据”同时“A接收数据，B发送数据”，两个方向同时进行。

2、同步通信和异步通信

发送方和接收方按照同一个时钟节拍工作就叫同步。发送方和接收方没有统一的时钟节拍、而各自按照自己的节拍工作就叫异步。
同步通信中，通信双方按照统一节拍工作，所以配合很好；一般需要发送方给接收方发送信息同时发送时钟信号，接收方根据发送方给它的时钟信号来安排自己的节奏。同步通信用在通信双方信息交换频率固定，或者经常通信时。
异步通信，又叫异步通知。在双方通信的频率不固定时（有时3ms收发一次，有时3天才收发一次），不适合使用同步通信，而适合异步通信。异步通信时接收方不必一直在意发送方，发送方需要发送信息时会首先给接收方一个信息开始的起始信号，接收方接收到起始信号后就认为后面紧跟着的就是有效信息，才会开始注意接收信息，直到收到发送方发过来的结束标志。

3、电平信号和差分信号

电平信号和差分信号是用来描述通信线路传输方式的。也就是说如何在通信线路上表示1和0。

电平信号的传输线中有一个参考电平线(一般是GND)，然后信号线上的信号值是由信号线电平和参考电平线的电压差决定。

差分信号的传输线中没有参考电平线，所有都是信号线，然后1和0的表达靠信号线之间的电压差。

电平信号的2根通信线之间的电平差异容易受到干扰，传输容易失败；差分信号不容易受到干扰，因此传输质量比较稳定。现代通信一般都使用差分信号，电平信号几乎没有了。

在相同根数的通信线下，差分信号比电平信号要快，因为差分信号抗干扰能力强，因此1个发送周期更短。

4、并行接口和串行接口

串行、并行主要是考虑通信线的根数，就是发送方和接收方同时可以传递的信息量的多少。

在电平信号下，”1根参考电平线+1根信号线“可以传递1位二进制；”1根参考电平线+2根信号线“可以同时发送2位二进制；如果想同时发送8位二进制就需要9根线。

在差分信号下，2根线(彼此差分)可以同时发送1位二进制；如果需要同时发送8位二进制就需要16根线。

串行接口使用的更加广泛，因为更省信号线，而且对传输线的要求更低、成本更低；而且串行时可以通过提高通信速度来提高总体通信性能，不一定非得要并行。

5、串口的特点

异步

串口通信的发送方和接收方之间没有统一的时钟信号。

电平信号

串口通信出现的时间较早、速率较低、传输的距离较近，所有干扰不太明显，因此当时使用了电平信号传输。后期出现的传输协议都改成了差分信号传输了。

串行通信

串口通信每次同时只能传输1个二进制位。

2、通讯差异

1、RS232

RS232：是电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 制定的异步传输标准接口，同时对应着电平标准和通信协议（时序），其电平标准：+3V～+15V对应0，-3V～-15V对应1。rs232 的逻辑电平和TTL 不一样但是协议一样。
RS-232电平：全双工（逻辑1：-15V--5V 逻辑0：+3V--+15V）

1、硬件框图如下，TTL用于MCU与PC机之间通信

2、‘0’和‘1’表示

RS485：RS485是一种串口接口标准，为了长距离传输采用差分方式传输，传输的是差分信号，抗干扰能力比RS232强很多。两线压差为-(2_{6)V表示0，两线压差为+(2}6)V表示1
RS-485：半双工、（逻辑1：+2V--+6V 逻辑0： -6V---2V）这里的电平指AB 两线间的电压差。

1、硬件框图如下