串口

　 串口是串行接口(serial port)的简称，也称为串行通信接口或COM接口。串口通信是指采用串行通信协议(serial communication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。串口按电气标准及协议来划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等. RS232 与 RS485 一直是弱电常见的接口。

RS232与RS485在嵌入式中的实践

一、RS232 是什么？

RS-232 接口符合美国电子工业联盟 (EIA) 制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是 EIA-RS-232(简称 232，RS232)。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。

RS232串口设计

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。

二、RS232 有啥特性

RS-232 是现在主流的串行通信接口之一。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：

(1) 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232 接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑 “1” 为-3—-15V;逻辑 “0”：+3—+15V，噪声容限为 2V。即要求接收器能识别高于 +3V 的信号作为逻辑 “0”，低于-3V 的信号作为逻辑 “1”，TTL 电平为 5V 为逻辑正，0 为逻辑负。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。

(2) 传输速率较低，在异步传输时，比特率为 20Kbps;因此在 51CPLD 开发板中，综合程序波特率只能采用 19200，也是这个原因。

(3) 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，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

(4) 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 15 米左右。

三、RS485 是什么？

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。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。

RS485 数字电路原理图

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。

四、RS485 有啥特性

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。针对 RS-232-C 的不足，新标准 RS-485 具有以下特点：

(1) RS-485 的电气特性：逻辑 “1” 以两线间的电压差 +2V~+6V 表示，逻辑 “0” 以两线间的电压差-6V~-2V 表示。接口信号电平比 RS-232-C 降低了，就不容易损坏接口电路芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，刻方便与 TTL 电路连接。

(2) 数据最高传输速率为：10Mbps

(3) RS-485 接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，即抗噪声性能好。

(4) RS-485 接口的最大传输距离标准值 4000 英尺，实际上可达 3000 米。

(5) RS-232-C 接口在总线上只允许连接一个收发器，即单站能力;而 RS-485 接口在总线上只允许连接多达 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 接口方便地建立设备网络。

五、场景

RS-232 现在一般应用于数据传输率低的短距离传输中，在嘈杂的环境也能有效工作，比如工厂、公共站点等，其常用设备有低速调制解调器、工业控制设备、可编程逻辑控制器 (PLC)、计算机数控 (CNC) 机床、机器人、嵌入式控制电脑、医疗仪器及设备以及嵌入式控制器开发系统。

RS-485 则常用于数据传输速率高的长距离传输中，常用设备有销售点终端 (POS)、计量仪器和大型专用自动化机器等。

但在平常的应用中，我们经常需要在两个不同的接口类型间进行转换。这时我们可以使用现在流行的 USB 接口，可以帮助我们转换到 RS-232 接口和 RS-485 接口。

综上所述，RS-232 适合短距离低速率的传输要求，而 RS-485 则适合于长距离传输。RS-485 是针对 RS-232 接口的不足出现的新的接口标准，因其具有的良好抗噪声干扰能力和多站能力，现已成为首选标准。

六、最佳实践

在物联网场景中，经常使用 DTU (Data Transfer unit: 是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备) 来将串口设备的数据进行透传上云。

在市面上常见的DTU有基于TCP/UDP Client的数据透传设备、也有支持NB-IOT、2G、3G、4G、WIFI等联网方式，通讯协议为MQTT、COAP、HTTP的透传设备。基于稳定性以及通用性的要求，一般采用含有NB-IOT模组的DTU设备、协议为COAP。

串口设备在物联网中的数据接入方式