串口RS232与RS485的本质区别解析

由下图可看出不管是RS232还是RS485，其本质都是串口通信，只不过是串口通信电平上的变种而已。所以，我们首先从串口通信讲起。
1、串口通信

任何一种通信都要有物理接口和通信协议。串口通信物理接口如下图：

串口通信协议首先要约定好帧格式和波特率。下图是我们常见的帧格式。

该数据帧一共有10位，第一位为起始位（永远为低电平），最后一位为停止位（永远为高电平），中间的8个位数据位，数据位的内容由用户自定义，正好构成1字节，通过这8个数据位不同的排列组合（高低电平），就能代表256种不同的数字，对应ASCII码表即可得256种不同的信息。
那串口通信高低电压的范围是什么呢？
串口通信采用的是TTL逻辑（Transistor-transistor logic），其输出的高电平最小为2.4V，输出的低电平最大为0.4V（如下图）。

我们一般认为串口通信的高电平为5V，低电平为0V，这就造成了其抗干扰能力很弱。

若在某个时刻突然来了一个静电（如下图），就很可能把某一位低电平变高，这就导致串口通讯的距离必须要很短，一般都在1m之内。

2、RS232标准
为了提高串口通信的距离和稳定性，美国工业联盟制定了一个RS232标准（RS是Recommended Standard），下图为RS232的接口。


虽然RS232有9个接口，但是我们通常只用上图中的3根线，和基础的串口通信接口保持一致（全双工通信），如下图。

我们知道，单片机与电脑进行基本的串口通信时，电脑需要通过USB转TTL，那么单片机与电脑如何进行RS232通信呢？
如下图所示，只需在原来串口通信的基础上加一个电平转换芯片，例如MAX232,这样它就能把TTL电平转换成RS232电平了。比如，单片机给MAX232发送的是5V，则通过电平转换，输出12V，如果给它发送0V,则MAX232输出-12V。反之，如果MAX232收到12V电压，则会把12V电压转换成5V的TTL电平。


RS232的高电平的范围很广，电压处在3-15V之间都算高电平；低电平是-3V~ -15V。

RS232只是改变了电平的大小，传输的还是原来的串口的那些0或者1的二进制数据，而且RS232也是全双工通信（实际用到的物理接口与串口一致）。由下图可知，传输同样的一帧数据，串口与RS232最大的区别在于最大最小电平，RS232的高低电平相差了近20V。这样，即使某一个信号受到干扰，它的高低电平还有很大的改变余量，所以它的抗干扰能力增强了很多，通信距离可达15米，但是速率只有20K（19200/s）。

3、RS485
面对更为严苛的工业环境，与更远更快的传输距离需求，RS232就力不从心了，所以RS485标准就诞生了。
与RS232差不多，RS485通信是在串口通信的基础上加了一个485电平转换芯片，如下图。

485转换芯片可以把单片机TTL发送的串口信号转换为差分信号（如下图），485芯片既可以把串口TTL信号转换成差分信号，也可以把差分信号转换成单片机能识别的TTL信。

差分信号只需要两根线，不需要地线，如下图。比如当信号A大于信号B时，它代表逻辑0；当信号A小于信号B时，它代表逻辑1。


差分信号最大的优势就是抗干扰能力强，因为他用的是两根信号线的差值来表示逻辑0和1。而且它的两根线采用双绞线形式缠绕在一起（如下图），这样即使受到干扰，也是两根线同时受到干扰，所以最后的电压差也基本保持不变。因此RS485可以传输更远的距离，可达1.2千米，且传输频率可达50M。


但注意：RS485是半双工通信，也就是在同一时间，其要么在发送数据，要么在接收数据，不能同时进行。其带来的好处是可以进行一主多从的组网通信，而串口通信和RS232只能进行点对点的简单通信。

最后，无论是RS232还是RS485，他们只定义了物理层，规定了电平标准（如下图），对编程没有影响，所以只需会串口通信即可掌握RS232和RS485通信，这就是串口、RS232和RS485最本质的区别。

注：转自B站视频教程UP：爱上半导体