代码收藏家 超详细的RS232/RS485电路设计
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1 UART介绍
1.1 UART特点及问题
UART通用异步收发器，串行、异步通信总线，该总线有两条数据线TX、RX，可以实现全双工的发送和接收，主要用于主机和外设之间通信。
串行通信：一次传输1bit
并行通信：一次传输多bit
单工通信：单向传输
双通通信：双向传输，半双工：不能同时，全双工：可以同时
同步通信：有共同的参考时钟
异步通信：没有共同的参考时钟，以固定波特率传输
波特率：描述串口通信速率，单位bps，即每秒传输的bit数
UART帧格式：
UART硬件连接：
UART通信的问题：
（1）电气接口不统一，UART只对信号时序进行了定义，未定义接口的电气特性，没有连接器标准。
（2）UART一般使用芯片本身的接口电平，不统一可能是TTL电平，3.3V或者1.8V，或者CMOS电平，很难直接连接。
（3）抗干扰能力差，单端传输。
（4）通信距离短，一般只能在板内通信。
因此，一般会使用RS232、RS485接口进行通信。
1.2 UART协议
对UART传输数据的格式帧的详细定义
先发送低位数据在发送高位数据。
具体描述可以参考文章：
最详细的 通讯协议 UART协议 分析在这里 串口，RS232，RS485等总线，内部使用的基本都 UART协议 。 (dreamsourcelab.cn)
2 RS232、RS485基本概念
由于UART协议层的输入是逻辑0/1信号，而逻辑0/1信号在物理层可以通过不同的电平标准来区分。针对不同的通讯需求，便可以使用不同的物理层实现。例如简单的板内通讯，或者常见的设备调试场景，使用简单的LVTTL/TTL电平即可在两个设备间进行UART协议通讯。
通用的串口则使用的是RS232电平，可以增加传输距离，并且抵抗一定程度的信号干扰。付出的成本则是在物理层需要对应的电平转换芯片来实现，发送端需要将内部的高低电平信号转换成电压更高的+/-电压信号，接收端需要将+/-电压信号转换成内部的高低电平信号。
在工业通讯的场景下，为了进一步提高传输距离，以及增强信号的可靠性，一般会采用RS485的电平标准。在发送端将普通的高低电平信号转换成一对差分信号，在接收端将差分信号再转换成普通的高低电平信号。另外，RS485允许总线上连接多达128收发器，而TTL或者RS232则是点对点的连接。
3 RS232、RS485接口标准
RS232/RS485都是TIA/EIA电信电子工业协会建立的串行数据通信接口标准的一种，广泛应用于串行外设接口连接。
3.1 RS232接口标准及特点
3.1.1 RS232的接口标准
TIA/EIA-232-F (RS-232)，RS表示是一种推荐的接口标准，除此之外还有很多接口标准。
TIA/EIA-232-F是最古老、最广为人知的DTE/DCE接口标准（1970年）。它是一个完整的标准，规定了串行二进制DTE/DCE接口的机械（连接器）、电气（驱动器/接收器特性）和功能（电路定义）要求。在电气部分，标准规定了不平衡的、单向的点对点接口。驱动器的特点是一个可控制的波特率，这允许电缆被视为一个集总的负载，而不是一个传输线。这是由于驱动器的过渡时间远大于电缆延迟（速度×长度）。驱动器的最大电容负载规定为2500pF。该标准允许高达20 kbps（19.2 kbps）的操作。对于更高的数据率，建议使用TIA/EIA-562或TIA/EIA-423-B。图3说明了一个典型的应用程序，表1列出了主要的电气需求。本标准的主要特点是：
（1）单端的
（2）点对点接口
（3）大型极性驱动器输出摆动
（4）驱动器控制的波特率
（5）完全定义的接口
（6）20 kbps最高数据速率
3.1.2 RS232的接口特点
RS232串口由25帧简化到9帧，现通常使用RX、TX、GND三线，标准连接器是DB9连接器公母头。通常传输大量数据会使用9线，使用较少。
传输信号电压级别：
二进制0：+5 ～ +15 Vdc
（称为“space”或“on”）
二进制1：-5 ～ -15 Vdc
（称为“mark”或“off”）
接收信号电压级别：
二进制0：+3 ～ +32 Vdc
二进制1：-3 ～ -30 Vdc
数据格式：
起始位：二进制0
数据：5、6、7或8位
奇偶校验：奇、偶、mark或
space（不适用于8位数据）
停止位：二进制1，一位或两位
3.2 RS485接口标准及特点
3.2.1 RS485的接口标准
TIA/EIA-485-A是一种电气标准，指定了平衡的驱动器和接收器。它提供了TIA/EIA-422-B的所有优点，并支持多重驱动器操作。TIA/EIA-485-A是目前唯一允许多个驱动器操作的TIA/EIA标准。此协议允许进行多点（派对线）配置。该标准指定了一个双向（半双工）、多点接口。图9说明了一个典型的多点应用程序，表6列出了主要的电气需求。
主要功能有：
（1）平衡接口
（2）多点操作
（3）从单个+5V电源中进行操作
（4）−7V到+12V总线共模范围
（5）最多有32个收发器负载（单位负载）
（6）最大10 Mbps数据速率(@ 40英尺） 15米
（7）最大电缆长度为4000英尺（@ 100 kbps）1500米
3.2.2 RS485的接口特点
RS485并不像RS232一样定义了标准的DB9接口，它并没有定义标准的接口，可以根据具体项目接口要求使用不同连接器。
RS485为复杂的工业环境而设计，和其它UART协议的物理层相比，RS485总线最大的特点就是使用了差分信号传输。信号在发送之前，通过RS485的收发器把单端信号转换成差分信号，再发送到总线上进行传输；同样在接收之前，总线上的差分信号通过收发器的转换变成单端信号再送给UART控制器进行接收。在RS485总线上，如果希望进行全双工的双向通讯，需要两对差分信号线（即4根信号线）。如果只进行半双工的双向通讯，则仅需要一对差分信号即可。
4 RS232、RS485原理图设计
4.1 SIT3232E-RS232收发器应用
3.3V供电，双通道，最高120kbps数据速率。现在器件数据速率一般都会高于接口标准20kbps，很有可能和测试的负载条件有关，假如最高2500pF负载时20kbps，在1000pF时，速率是可以提高的。
4.1.1 特性和功能框图
功能框图：
3.3V供电，两路TTL/CMOS电平转为RS232电平，每路收发器可以单独使用。低功耗，2mA供电电流。
T1IN/T2IN内部没有上拉电阻，未使用的T1IN/T2IN连接VCC或者GND。
4.1.2 引脚定义和电气特性
引脚定义：
具体描述见手册，注意不使用的T1IN/T2IN连接VCC或者GND。
电气特性：电压，电流，功耗
3.3V供电，760mW功耗。如果控制器是1.8V电平UART，不能使用该器件，需要找可以1.8V供电的RS232器件。
4.1.3 总线状态和芯片应用要点
逻辑电平：
注意事项：
（1）3.3V供电，未使用的驱动器输入引脚不要悬空。
（2）RS232收发器相当于电平转换芯片。TX接UART控制器TX。
（3）原理图：
4.2 SIT3485E-RS485收发器应用
3.3V供电，最高数据速率12Mbps，最多允许256个器件连接到总线。功能完全满足 TIA/EIA-485 标准要求的 RS-485收发器。
4.2.1 特性和功能框图
功能框图：
4.2.2 引脚定义和电气特性
引脚定义：
电气特性：电压，电流，功耗
3.3V供电，400mW低功耗器件。
4.2.3 总线状态和芯片应用要点
逻辑电平：
功能表：
注意事项：
（1）典型应用:
（2）原理图：
5 RS232、RS485资料及芯片选型推荐
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