文章目录

一、串口通信协议
- 串口协议简介
- RS-232，485标准
- - 一、RS-232-C
  - 二、RS-485总线
- RS232、485电平与TTL电平的区别
二、USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理
- 1.模块特点
- - 模块接口引脚
- 2.硬件设计
- - 模块原理图
  - 模块的USB转TTL电路设计
  - 模块的电源设计
  - 模块的指示灯电路设计
参考资料

一、串口通信协议

串口协议简介

串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。

在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；STM32标准库则是在寄存器与用户代码之间的软件层。对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

RS-232，485标准

一、RS-232-C

RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。

RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。

RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路- 方能与TTL电路连接。
传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。

二、RS-485总线

RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。

RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
以往，PC与智能设备通讯多借助RS232、RS485、以太网等方式，主要取决于设备的接口规范。但RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层，如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都不能符合ISO/OSI的规范，只能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程序不具备通用性。

在RS232或RS485设备联成的设备网中，如果设备数量超过2台，就必须使用RS485做通讯介质，RS485网的设备间要想互通信息只有通过“主（Master）”设备中转才能实现，这个主设备通常是PC，而这种设备网中只允许存在一个主设备，其余全部是从（Slave）设备。而现场总线技术是以ISO/OSI模型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题。

针对RS232接口的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：

RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6) V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。
RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线(我们一般叫AB线)，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

由于有的设备是232接口的，有的是485接口的，如果有一台232接口的设备与一台485接口的设备通信，那就需要一个RS232/RS485转换器，把232接口的设备的232信号转换成485信号，然后再与485接口的设备通信。如果是两台232接口的设备要进行远距离的通信，那只要加上两个RS232/RS485转换电路就可以了。

市场上所谓的“无源RS232/RS485转换器”采用从计算机串口偷电技术，而“有源RS232/RS485转换器”在电路原理图与跟前者差不多，只是电源部分有所改动而已。

RS232、485电平与TTL电平的区别

RS232接口的电气特征
在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3到-15V;逻辑“0”为+3到+15V。
RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9插头座，通常插头在DCE端，插座在DTE端。PC机的RS-232口为9芯针插座。一些设备与PC机连接的RS-232接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需要三条接口线，即“发送数据TXD”、“接收数据RXD”和“信号地GND”。RS-232传输线采用屏蔽双绞线。
RS485的电气特性（现在较常用的接口）
　　RS485采用差分信号负逻辑，逻辑"1”以两线间的电压差为-(2_{6)V表示;逻辑"0"以两线间的电压差为+(2}6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
TTL电平
　　TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平Transistor-Transistor Logic)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

RS232和RS485、TTL的区别

1、RS232、RS485、TTL是指电平标准(电信号)

2、TTL电平标准是低电平为0，高电平为1(对地，标准数字电路逻辑)。

3、RS232电平标准是正电平为0，负电平为1(对地，正负6-15V皆可，甚至可以用高阻态)。

4、RS485与RS232类似，但是采用差分信号逻辑，更适合长距离、高速传输。

二、USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理

1.模块特点

CH340C USB转TTL模块以CH340C芯片为核心，内部自带晶振，最高波特率可达2Mbps，软件兼容CH341驱动，过流保护，引出相应的通讯接口与电源接口，通讯接口带有指示灯指示工作状态，通讯稳定，体积小。

全速USB驱动，兼容USB2.0
硬件全双工串口，内置收发缓冲区
支持波特率50bps~2Mbps
输出TTL电平3.3V，兼容5V的IO电平

模块接口引脚

Symbol（符号）	Type（类型）	Deion（描述）
TXD	输出	串行数据输出口
RXD	输入串行数据	输入口
GND	电源	接地引脚
3V3	电源	3.3V电源输出引脚（最高250mA）
5V	电源	5V电源输出引脚（最高500mA）
DTS	输出	MODEM联络输出信号，请求发送
DTR	输出	MODEM联络输出信号，数据终端就绪

输入输出接口引脚均带有LED指示灯
电源接口引脚中，5V的接口引脚带有LED指示灯

2.硬件设计

硬件电路设计主要介绍以CH340C芯片为核心，设计出一个USB转TTL的模块（也就是该模块）。主要包括电源的设计、功能的设计等，其中选用的器件规格型号可以参考产品手册的BOM表。

模块原理图

模块的USB转TTL电路设计

在CH340C的引脚功能表中蓝色部分是信号相关的引脚，黑色部分的与设计无关的引脚，全部悬空。CH340C芯片的D-，D+与USB的D-，D+连接到一起作为USB电平的信号连接，同时引出TTL电平信号的接口TXD与RXD，还有两个MODEM输出信号接口RTS与DTR。

模块的电源设计

在CH340C的引脚功能表中红色部分是电源相关的引脚。对于不同电压供电系统的TTL电平是不一样的，大部分的系统是5V或3.3V供电。一般5V的系统是兼容3.3V的TTL电平的，但是3.3V系统是不兼容5V的。为了是能兼容3.3V与5V的系统，模块的电源使用3.3V电源供电。
模块的USB转TTL电路设计
在CH340C的引脚功能表中蓝色部分是信号相关的引脚，黑色部分的与设计无关的引脚，全部悬空。CH340C芯片的D-，D+与USB的D-，D+连接到一起作为USB电平的信号连接，同时引出TTL电平信号的接口TXD与RXD，还有两个MODEM输出信号接口RTS与DTR。
电脑的USB接口电源输出时5V，最大电流是500mA，在电路中为了防止意外的误操作，在5V的电源端加了一个0.5A,6V的保险丝F1，当电压超过6V或电流超过0.5A保险丝就会断开对电路进行保护。

USB输出的电压是5V，而CH340C的芯片采用3.3V供电，为了使模块的供电为3.3V，在电路中加入了一个LDO（低压差线性稳压器）U2，它可以把5V稳压成3.3V，然后对CH340C进行供电（根据手册要求V3引脚也要接3.3V的电源）。每一个电源的输入端都会加上一个0.1uF的滤波电容。

在模块引出的接口中：

5V：USB的电源输出，电压为5V，电流最大可达500mA
3V3：5V经过LDO稳压后得到的3.3V电压，电流最大可达25mA
GND：USB的GND

模块的指示灯电路设计

为了检测模块是否通电正常，在5V的输入端设计了一个指示灯LED1（红色），该等亮表示模块已经上电。通讯时需要了解数据的收发情况，在TXD，RXD数据接口中分别接入了LED2（蓝色），LED3（绿色）指示灯。当模块到数据时，RXD的指示灯就会亮；模块发送数据时TXD的指示灯就会亮。另外引出的RTS与DTR信号接口也设计了LED4（黄色），LED5（绿色）指示灯。

因为TXD，RXD，RTS，DTR接口都是从CH340C芯片管脚印出来的，CH340C是3.3V供电，所以设计对应的指示灯的电源应该选择3.3V。TXD与RXD在CH340C中空闲时（没有发生数据传输）是高电平的，对应的指示灯状态时灭的，只有发生数据传输时指示灯才会亮。RTS与DTR接口时CH340C的MODEM输出信号接口，对应的指示灯在用不同的上位机软件它们的亮灭是不确定的。

参考资料

https://zhuanlan.zhihu.com/p/342861268
https://www.sohu.com/a/168891691_669755

串口协议“USB/TTL转232“模块的工作原理相关推荐

串口通讯协议和RS-232的介绍以及USB/TTL转232模块的工作原理
1 串口通讯协议简介串口通讯 (Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式,电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息. 通讯协议,我们以分层的方式来理 ...
了解串口协议和RS-232标准,以及RS232电平与TTL电平的区别,了解“USB/TTL转232“模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。
目录一.何为串口通信协议二.RS-232 三.TTL电平与RS232电平的区别四.了解"USB/TTL转232"模块(以CH340芯片模块为例)的工作原理. ...
【嵌入式05】串口协议+RS-232、485标准+CH430芯片的“USB/TTL转232”
文章目录一.串口协议 (一)串口 (二)串口通信 (三)串口通信协议二.RS-232标准三.RS-485标准四.RS-232.485电平与TTL电平的区别 (一)RS-232与485的区别 ( ...
sever串口wifi拓展板_串口Wifi模块的工作原理和详细功能介绍
在无线网络领域里面,无线wifi是最火的名词.对于串口wifi模块的工作原理是什么呢?串口wifi模块又有什么功能呢?wifi方案设计远嘉科技给大家讲解有关串口wifi模块的工作原理,以及详细功能介绍 ...
GPS模块的工作原理是怎样的
GPS(全球定位系统)是一种通过卫星定位技术来确定地球上任何位置的系统.在现代社会中,GPS广泛应用于导航.交通管理.物流.气象预报.农业和科学研究等领域.而GPS模块则是用于接收和处理卫星信号的硬件 ...
数字量模块的工作原理讲解
数字量模块是用于连接外部机械触点和电子数字传感器,如光电开关和接近开关.数字输入模块将现场的外部数字信号电平转换为PLC的内部信号电平.输入电流通常是几毫安. 在工业自动化控制中,经常会遇到各种各样的 ...
干货|TTL电路详细讲解，工作原理+电路图，图文结合，轻松搞定
今天给大家分享的是:TTL电路的分析.TTL电路工作原理.TTL电路使用方法. 一.TTL电路是什么意思? TTL 是一种集成电路,通过使用双极晶体管来执行逻辑功能以提供开关功能.TTL 设备最重要的 ...
深入了解ESP8266WIFI模块的工作原理及特点---AT指令详解---透传概念----TCP和UDP的特点与区别-嵌入式软件面试常问
ESP8266-AT指令--透传--TCP-UDP 我们来先认识一下ESP8266模块: 模块实物图资源介绍原理图功能介绍无线组网 SoftAP: Station: SoftAP + stat ...
Nginx的模块与工作原理
Nginx由内核和模块组成,其中,内核的设计非常微小和简洁,完成的工作也非常简单,仅仅通过查找配置文件将客户端请求映射到一个location block(location是Nginx配置中的一个指令, ...

串口协议“USB/TTL转232“模块的工作原理