串口、COM、UART、USART、RS232、RS485、RS422、TTL，再也不懵了...
原创 嵌入式点滴 嵌入式电子 2023-02-18 22:55 发表于湖北
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  嵌入式开发人员不论是看技术文档，还是在日常的交流中，经常会碰到串口、COM、UART、USART、RS232、RS485、RS422、TTL这些名词，有时候会说不清、道不明其中的区别，这篇文章，系统地分析和梳理一下这些名词地区别，以后碰到了再也不会懵了...

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一、名称俗语解释

先介绍一下专业名词和工程师交流时对应的口语和俗称
串口：串行通讯接口，俗称串口
COM：计算机的串行通讯端口（cluster communication port ），俗称COM口、串口
UART：Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器，俗称串口，它规定了数据传输协议标准
USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步异步收发器， 俗称串口,它规定了数据传输协议标准.
RS232：RS-232，串行通信硬件接口标准，包括电压电平、通讯速率等
RS485：RS-485，串行通信硬件接口标准，包括电压电平、通讯速率等
RS422：RS-422，串行通信硬件接口标准，包括电压电平、通讯速率等
TTL电平：规定了数字电路中0和1的电平标准
CMOS电平：规定了数字电路中0和1的电平标准

按照惯例，画个表格对比，帮忙理解:

	电脑、计算机端	单片机、MCU控制器
串口 俗称	COM、COM口、串口、USB虚拟串口、RS232、Serial port	UART、USART
电气接口	RS232、RS485、RS422	TTL、CMOS

二、电气特性
TTL、CMOS、RS232、RS485都是一种逻辑电平的类型。
1. TTL电平
   TTL指双极型三极管逻辑电路（transistor transistor logic），这种信号0对应0V，1对应3.3V或5V，与单片机、MCU、SOC的IO电平兼容。不过实际也不一定是TTL电平，因为现在大部分数字逻辑都是CMOS工艺做的，只是沿用了TTL的说法。我们进行串口通信的时候 从单片机直接出来的基本是都是 TTL 、CMOS电平。市面上很多"USB转TTL"模块，实际上是"USB转TTL电平的串口"模块。

TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。

早期的器件多是TTL电平，如早先的54系列和74系列。现在的大部分器件使用的工艺都是CMOS工艺。

输出电平：高电平Uoh >=2.4v,低电平Uol <= 0.4v

输入电平：高电平Uih >= 2.0v,低电平 Uil <= 0.8v

TTL电压：一般为5V，现在也有LVTTL支持3.3V、2.5V、1.8V。为了方便，后面统称为TTL。

2. CMOS电平

输出电平：高电平Uoh>= 0.9*VCC (≈ VCC), Uol <= 0.1*VCC(≈ GND)

输入电平：高电平Uih >= 0.7*VCC Uil <= 0.3*VCC

CMOS电压：一般为5V、现在也有LVCMOS支持3.3v、2.5v、1.8v。为了方便，后面统称为CMOS。

3. TTL和CMOS两者的区别

（1）TTL电路是电流控制器件，稳定时损耗高，发热量大，无法做集成度比较高的芯片。而CMOS电路是电压控制器件，功耗低。

（2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低，也就是说TTL电路的延迟比CMOS电路要小。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

（3）TTL和CMOS器件有不同的电压类型，5V、3.3V、2.5V、1.8V

（4）电流驱动能力不一样，TTL一般提供25mA的驱动能力，而CMOS一般在10mA左右；需要的电流输入大小也不一样，一般TTL需要2.5mA左右，CMOS几乎不需要电流输入；很多器件都是兼容TTL和CMOS的，data sheet会有说明。如果不考虑速度和性能，一般器件可以互换。

4.RS232：

由于RS232接口标准的早期出现，存在以下特点和不足。

(1) 接口电平特性：接口信号电平高，容易损坏接口电路的芯片。RS232接口上任何信号线的电压都处于负逻辑关系中。即：逻辑“1”为-3 ~ -15V;逻辑为“0”：+3 ~ +15V。与TTL电平不兼容，需要一个电平转换电路来连接到TTL电路。

(2) 传输速率低。在异步传输中，波特率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200

(3) 接口采用信号线和信号回波串，形成共同的接地传输形式。这种标准的接地传输容易受到共模干扰，因此抗噪性较弱。

(4) 传输距离有限。最大传输距离为50英尺。它只能达到大约15米。

(5) 全双工。有独立的收发数据线，所以能全双工通信。

(6) 只能点对点通信。

5.RS485：

针对RS232不足，RS485做了如下改进：

（1）接口电平特性：RS-485的电气特性：逻辑“1”由两条线路+2V~+6V之间的电压差表示，逻辑“0”由两条线路之间的电压差-6V~-2V表示。接口信号电平低于RS-232，不易损坏接口电路芯片。该电平与TTL电平兼容，便于与TTL电路连接。

(2) 最高数据传输速率为：10Mbps

(3) RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收机的组合，具有抗共振固模干扰能力，即抗噪声性能好。

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

(5) RS-232接口仅允许一个收发器连接到总线，即单站功能。相比之下，RS-485接口仅允许在总线上连接多达128个收发器，即多站能力。用户使用单个RS-485接口可以快速建立设备网络。

(6) 只能半双工

6.RS422

RS-422为了解决RS485只能半双工的缺点，又扩展出一组数据线，这样就具备了全双工通讯能力。

(1). 接口电平特性：和RS485一样。

(2). 最高数据传输率：和RS485一样。

(3). 抗噪声性能：和RS485一样。

(4). 通讯距离：和RS485一样。

(5). 多点通信的数据传输协议。和RS-485不同的是RS-422不允许出现多个发送端而只能有多个接收端。

(6). 全双工通信能力。RS422采用4线，全双工，硬件构成上RS-422相当于两组RS-485，即两个半双工的RS-485构成一个全双工的RS-422。

7.USART/UART

USART，即通用同步异步收发器，是一个全双工通用同步/异步串行收发模块。在嵌入式领域，它还有一个更口语化的称呼，即“串口”。

UART，它是在USART基础上裁剪掉了同步通信功能，UART应用更为普遍。USART靠主机的时钟来同步数据传输波特率，而UART是通信双方事先协商好通信波特率。

USART/UART仅规定了协议层通信标准，并没有规定采用什么电平特性，物理层硬件可以根据通讯对象灵活选择，比如，可以是TTL、CMOS、RS232、RS485、RS422。协议层通信标准，规定了数据传输的格式，起始位+数据帧+校验位+停止位。

三、总结对比：

(1). TTL、CMOS、RS232、RS485、RS422电平标准参数：

逻辑 电平	供电电压	输入高 逻辑-1	输入低 逻辑-0	输出高 逻辑-1	输出低 逻辑-0
TTL	5.0V	2.0V~ 5.0V	0V~0.8V	2.4V~5.0V	0V~0.5V
LVTTL	3.3V	2.0V~ 3.3V	0V~ 0.8V	2.4V~3.3V	0V~0.4V
LVTTL	2.5V	1.7V~ 2.5V	0V~0.7V	2.0V~ 2.5V	0V~0.2V
LVTTL	1.8V	1.17V~1.8V	0V~0.63V	1.35V~1.8V	0V~0.45V
CMOS	5.0V	3.5V~ 5.0V	0V~1.5V	4.45V~5.0V	0V~0.5V
LVCMOS	3.3V	2.0V~ 3.3V	0V~0.8V	2.4V~ 3.3V	0V~0.4V
LVCMOS	2.5V	1.7V~ 2.5V	0V~0.7V	2.0V~ 2.5V	0V~0.4V
LVCOMS	1.8V	1.17V~1.8V	0V~0.63V	1.35V~1.8V	0V~0.45V
RS232	3.3V/5V	-15V~ -3V	3V~ 15V	-15V~ -3V	3V~ 15V
RS485	3.3V/5V	+2V ~ +6V	-6V~-2V	+2V~+6V	-6V~-2V
RS422	3.3V/5V	+2V~+6V	-6V~-2V	+2V~+6V	-6V~-2V
LVDS	3.3V/5V	1.252V~ 3.3V/5V	0V~1.249V	1.252V~3.3V/5V	0V~1.249V

从上面可看出：5V电源电压情况下，CMOS电路可以直接驱动TTL，而TTL电路则不能直接驱动CMOS电路。其他电平也不能直接驱动，所以就需要2者的进行电平转换。后面讲解到的TTL、RS232、RS485也有电平匹配的问题，也需要进行电平转换。这也是为什么，我们在串口通讯硬件上，经常需要电平转换芯片的原因。

(2). 功能、性能特点对比

	电平	速率	抗扰	距离	组网	全双工、半双工
RS232	高	低	低	近	一对一	全双工
RS485	低	高	高	远	多对多	半双工
RS422	低	高	高	远	一对多	全双工

四、UART/USART和其他设备互联

我们前面讲过，UART、USART、TTL、RS232、RS485、RS422有不同电平特性，那么，这些设备互联正常通信的首要条件是必须电平匹配，否则，轻则功能不正常，重则烧板子，烧芯片。

(1). UART + UART

因为单片机、MCU、微控制器UART口电平都是TTL电平，如果TTL电平相同，那么，UART+UART互联不需要电平转换。如果一个UART TTL 3.3V, 一个UART TTL 1.8V，那么也需要通过电平转换芯片，转成相同电平再进行互联。

(2)UART+电脑USB串口

(3)UART+RS232

 (4)UART+RS485

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串口、COM、UART、USART、RS232、RS485、RS422、TTL 续篇2...
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一、RS232接口定义和应用

我们所说的COM通常指电脑/计算机端的DB9型RS232串行通讯端口(cluster communication port），如下图所示。