聊聊你知道的串口

串口是最簡單的串行接口和調(diào)試工具

上點(diǎn)年紀(jì)的朋友都知道，最早期的51單片機(jī)可沒有現(xiàn)在的這么多外設(shè)，什么內(nèi)置ADC，SPI，CAN，I2C，DMA等等，唯一有的就只有四種類型的外設(shè)：GPIO，定時(shí)器，外部中斷還有就是我們今天要說的串口。從那時(shí)候就出道的工程師一直工作到現(xiàn)在，接觸了形形色色的MCU或者M(jìn)PU，最早期的很多外設(shè)到如今已經(jīng)面目全非了，或許在51單片機(jī)盛行的年代，你能很清楚地畫出其IO口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是現(xiàn)在單片機(jī)的IO口顯然要強(qiáng)大且復(fù)雜得多。真可謂滄海變桑田。不過，這些外設(shè)中唯一有一個(gè)到目前為止還是覺得那么親切，那就是串口。盡管配置方式和之前的51單片機(jī)有著很大的不同，但是其最基本的參數(shù)如波特率，起始位，數(shù)據(jù)長度，停止位依舊是那么熟悉。

TTL串口

“串口”這一詞是個(gè)含義很廣的詞，所有用串行方式傳遞數(shù)據(jù)的接口都可以被稱為串口，而我們印象中最熟悉的那個(gè)“串口”其實(shí)是“TTL串口”。TTL（Transistor-Transistor Logic）也稱雙極型晶體管（三極管）邏輯，由于在早期的半導(dǎo)體都是雙極型晶體管工藝的，所以就用這個(gè)名字來稱呼我們常用的那個(gè)串口。在TTL邏輯中，規(guī)定了以0V表示邏輯“0”，以5V表示邏輯“1”。這種規(guī)定只是針對以前那種TTL工藝下的芯片所指定的，由于目前的半導(dǎo)體都為CMOS技術(shù)，因此但凡滿足CMOS電平的串口也沿用了“TTL串口這個(gè)名稱”。

一個(gè)“TTL串口”是由三根線組成的，分別是數(shù)據(jù)發(fā)送線（TXD），數(shù)據(jù)接收線（RXD），和公共地（GND）。在連接兩個(gè)TTL串口設(shè)備的時(shí)候，需要將一片的TXD線連接到另一片的RXD線上，一片的RXD線連接到另一片的TXD線上，兩片的GND線連接在一起。

** RS232串口**

RS232串口和TTL串口的區(qū)別在于，兩者所使用的電平格式不一樣。RS232的電平標(biāo)準(zhǔn)為+12V為邏輯負(fù)，-12為邏輯正。RS232在之前的臺式機(jī)上，是必備的通訊接口之一，但是隨著USB和后來TYPE-C USB的興起，現(xiàn)在基本已經(jīng)看不見其蹤影。值得一提的是，RS232標(biāo)準(zhǔn)是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（Electronic Industries Association，EIA） 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。

RS232串口出現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的時(shí)候，往往又被稱為“COM口”。目前的串口都為九線制的RS232口，其連接器的形狀一般都為D-SUB 9接口，而在歷史的發(fā)展中，還出現(xiàn)過一種25線的RS232口，但是目前已經(jīng)見不到了。

在9針的RS232串口中，我們一般用來使用的也就是其中的RXD，TXD和GND這三根線，這個(gè)和TTL串口使用的數(shù)據(jù)線是一樣的。而剩余的6根線分別是早期做PC和外設(shè)通訊時(shí)候的控制信號線，目前很少會(huì)用到。其實(shí)在目前的一些單片機(jī)上面，它們的TTL外設(shè)上面也都還保留了這些串口的控制線，只不過我們很少用到而已。

** 協(xié)議轉(zhuǎn)換**

TTL和RS232串口的協(xié)議轉(zhuǎn)換思路其實(shí)很簡單，第一步是電壓的轉(zhuǎn)換，將±12V的電壓轉(zhuǎn)換成0和5V的電壓即可。第二步是邏輯的轉(zhuǎn)換，將RS232的負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換成TTL的正邏輯即可。

在我們平時(shí)使用中，有一個(gè)系列的芯片可以專門用來轉(zhuǎn)換TTL串口和RS232串口，這個(gè)芯片就是MAX232/MAX3232。MAX232是一種專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平。但是如果單片機(jī)提供的信號電平和RS232的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過MAX232這種類似的芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232在使用中應(yīng)該盡量避免熱插拔，因?yàn)镽S232的電平比較高，所以其在接通時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電涌會(huì)非常高，因此MAX232很有可能被擊毀。

而MAX3232和MAX232的功能一樣，它們最大的區(qū)別為：MAX232是5V供電的芯片，而MAX3232是3.3V供電的芯片。

另外，由于我們目前使用的筆記本電腦，基本上沒有串口流出了，而僅僅留出幾個(gè)USB接口，因此需要將TTL轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議，這種協(xié)議的轉(zhuǎn)換就比較麻煩，但是也有特定的轉(zhuǎn)換芯片。

CH340

CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口或者USB轉(zhuǎn)打印口。

其特點(diǎn)為：

• 全速USB設(shè)備接口，兼容USB V2.0。
• 仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，用于升級原串口外圍設(shè)備，或者通過USB增加額外串口。
• 計(jì)算機(jī)端Windows操作系統(tǒng)下的串口應(yīng)用程序完全兼容，無需修改。
• 硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50bps～2Mbps。
• 支持常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。
• 通過外加電平轉(zhuǎn)換器件，提供RS232、RS485、RS422等接口。
• CH340R芯片支持IrDA規(guī)范SIR紅外線通訊，支持波特率2400bps到115200bps。
• 內(nèi)置固件，軟件兼容CH341，可以直接使用CH341的VCP驅(qū)動(dòng)程序。
• 支持5V電源電壓和3.3V電源電壓甚至3V電源電壓。
• CH340C/N/K/E及CH340B內(nèi)置時(shí)鐘，無需外部晶振，CH340B還內(nèi)置EEPROM用于配置序列號等。
• 提供SOP-16、SOP-8和SSOP-20以及ESSOP-10、MSOP-10無鉛封裝，兼容RoHS。

PL2303

PL2303 是Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232 全雙工異步串行通信裝置與USB 功能接口便利連接的解決方案。早前的PL2303很有競爭力，但是目前市場越來越多地被CH340搶去，另外它對Windows 10的兼容，簡直一團(tuán)糟糕。

除了CH340和PL2303，還有一些其他的芯片，如cp210x等，但是這些芯片中，我首推的還是CH340，因?yàn)檫@個(gè)芯片是國產(chǎn)的，而且價(jià)格便宜，電路簡單。