二、UART

??UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的簡稱，意為通用異步收發傳輸器，UART包含TTL電平的串口和RS-232電平的串口，使用UART通信的雙方設備都需要遵從UART協議。

三、TTL電平

1、TTL概述

??TTL是Transistor-Transistor Logic的簡寫，是一種電平邏輯，晶體管-晶體管邏輯。

2、標準TTL電平邏輯

??邏輯1代表高電平，連接到電源VCC，邏輯0為低電平，連接到電源地。

• 邏輯1，高電平，VCC（3.3V/5V）
• 邏輯0，低電平，GND（0V）

??TTL有電壓范圍，分為輸出高、低電平和輸入高、低電平，輸出高電平用?表示，輸出低電平用?表示；輸入高電平用?表示，輸入低電平用?表示。

??對TTL電平的器件來說，當輸入電壓高于2V時，才會被識別為邏輯1，輸入的低電平低于1.2V時，才會被識別為0，這是為什么輸出高電平2.4V，高于2V；輸出低電平0.8V，低于1.2V的原因所在。如下是標準TTL電平，TTL有很多類型，電壓有所區別。

• ，?
• ，?

3、USB轉TTL

??玩過51單片機的小伙伴都用過CH340G模塊，用來下載HEX文件，這個模塊的作用就是將USB轉成TTL電平，一般單片機的電平都是TTL電平，模塊的內部芯片是CH340T，ST官方推薦。

??使用CH340T芯片，USB轉TTL電平的電路原理圖。

USB?轉?TTL?原理圖

4、與單片機連接

??TTL電平的器件之間通信，只需要三根信號線：TXD、RXD和GND，和單片機接法很簡單，3.3V單片機就接3.3V，5V單片機就接5V，如果單片機有單獨的供電，3.3V和5V都不接。

USB轉TTL模塊與單片機的連接

四、USB

1、USB概述

??USB是Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊，是應用在PC領域的接口技術，特點是傳輸速度快，支持熱插拔，可連接多個設備。

??我們在很多地方可以看到USB的身影，鼠標，鍵盤，手機充電器，現在幾乎所有的電子充電設備都是USB接口，如下是各個USB的物理接口。

USB?接口分類

2、USB速率

• 1MB/s=8Mbps（1個Byte等于8bit）

• USB1.0 低速（Low Speed） 傳輸速率為 1.5Mbps；

• USB1.1 全速（Full Speed） 傳輸速率為 12Mbps；

• USB2.0 高速（High Speed） 傳輸速率為 480Mbps；

• USB3.0 超速（SuperSpeed） 傳輸速率為 5Gbps；

• USB3.1 Gen2 超高速（SuperSpeed+） 傳輸速率為 10Gbps；

3、USB接口定義

??最常見的的Type-A型USB接口定義如下。

Pin#	Name	顏色
1	VBUS/+5V	紅色
2	D-/Data-/DM	白色
3	D+/Data+/DP	綠色
4	GND	黑色

Type-A?型接口

五、RS-232

1、RS-232概述

??RS-232接口符合美國電子工業聯盟（EIA）制定的串行數據通信的接口標準，原始編號全稱是EIA-RS-232（簡稱232，RS232）。它被廣泛用于計算機串行接口外設連接，連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。

2、RS-232電平邏輯

??RS-232不同于TTL的電平邏輯，為負邏輯，負12V代表高電平邏輯1，正12V代表低電平邏輯0，電壓也有標準范圍。

• 高電平，邏輯1，-15V to -3V
• 低電平，邏輯0，＋3V ?to +15

??除了TTL和RS232，常見的還有一個CMOS電平標準，電壓范圍如下：

• ，?
• ，?

3、DB9接口定義

??下圖是DB9公頭和母頭的定義，一般用的最多的是RXD、TXD、GND，三個信號。

DB9?公頭和母頭接口信號定義

??工業場合還會用到DB-25的RS232，DB9和DB25接口可以轉換。

DB9?轉?DB25

4、USB轉RS-232

??USB轉232，可以先將USB轉換為TTL，再將TTL轉換為RS232，當然市面上也有很多USB直接轉RS232的線材，線材內部集成轉換電路，淘寶上某USB轉RS232用的兩個芯片是FT232和SP213。

USB?轉?RS232?線材

5、TTL和RS-232互轉

??單片機接口一般是TTL電平，如果接232電平的外設，就需要加TTL轉RS232的模塊，轉換方向是雙向的。

??TTL和RS232電平互相轉換最常用的芯片是MAX232和SP3232。

TTL和RS-232轉換模塊

六、RS-485

1、RS-485概述

??RS-485和RS-232一樣，都是串行通信標準，現在的標準名稱是TIA/EIA-485-A，習慣稱為RS-485標準，RS-485彌補了RS-232通信距離短，速率低的缺點。

??RS-485和RS-232單端傳輸不一樣，是差分傳輸，使用一對雙絞線，其中一根線定義為A，另一個定義為B。

2、RS-485電平邏輯

??RS-485是差分傳輸，一般收發器內部是一個發送器加一個收發器組成。下圖是收發器典型的功能框圖。

??對于使能信號，字母上面加一橫的為低電平有效，不加的為高電平有效。

??RS-485內部結構

? ? ? ? ? 對于發送器，有如下的真值表：

• 當驅動器使能引腳?為邏輯高時，差分輸出?和?遵循數據輸入?處的邏輯狀態。?處的邏輯高導致A轉為高，B轉為低。在這種情況下，定義為?的差分輸出電壓為正。當?為低時，輸出狀態反轉，?變高，?變低，為負。
• 當?低時，兩個輸出都變成高阻抗。在這種情況下，與?處的邏輯狀態是不相關的。

RS-485?發送器真值表

??對于接收器，有如下的真值表：

• 當接收器使能引腳?邏輯低時，接收器被激活。當定義為?的差分輸入電壓為正且高于正輸入閾值時，接收機輸出?變高。當?為負且低于負輸入閾值?，接收機輸出?變低。如果?在?和?之間，則輸出不確定。
• 當?為邏輯高或懸空時，接收機輸出為高阻抗，?的大小和極性無關。

RS-485接受器真值表

RS-485電平邏輯說明

??很多收發器的標準達到甚至超過TIA/EIA-485A規范，在實際使用中，以器件的SPEC參數為主。

3、TTL和RS-485轉換

??TTL轉成RS-485很常見，收發器芯片市面上很多，比如MAX485，用起來也很簡單，一般左邊接MCU的GPIO，用來控制。

TTL轉RS-485

4、RS-232和RS-485轉換

??RS-232和RS-485之間可以轉換，一個方法是RS-232轉換成TTL，再由TTL轉換為RS-485，當然也有芯片支持將RS-232支持轉換成RS-485，雙向轉換。

RS-232和RS-485轉換模塊

七、IIC

1、IIC概述

??IIC總線是由Philips公司開發的一種簡單、雙向二線制同步串行總線，IIC只需要兩根線進行通信，SDA（串行數據線）和SCL（串行時鐘線）

??下圖是I2C總線的典型結構，同一時刻可以單主機多從機或單主機單從機，I2C總線上的任意設備都可以當主機，一般主機是MCU，當有多個主機時，會通過總線仲裁的方式選出一個主機，其他退出作從機。

IIC總線架構?

2、IIC速率

• 標準模式：100Kbit/s
• 快速模式：400Kbit/s
• 高速模式：3.4Mbit/s

八、SPI

1、SPI概述

??SPI是串行外設接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，SPI的速率比I2C高，一般可以到幾十Mbps，不同的器件當主機和當作從機的速率一般不同。

2、SPI信號線

• MISO – Master Input Slave Output，主設備數據輸入，從設備數據輸出；
• MOSI – Master Output Slave Input，主設備數據輸出，從設備數據輸入；
• SCLK – Serial Clock，時鐘信號，由主設備產生；
• CS – Chip Select，從設備使能信號，由主設備控制；

3、SPI典型應用

??SPI最典型的應用是單主機單從機，下圖是接線方式，當然也可以多從機。

SPI單主機單從機連接方式

九、CAN

1、CAN概述

??CAN是Controller Area Network的簡稱，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，現在是汽車網絡的標準協議。

2、CAN電平邏輯

電平	邏輯	總線Value
顯性電平	0	CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V
隱性電平	1	CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V

十、1-WIRE

1、1-WIRE概述

??單總線是美國DALLAS公司推出的外圍串行擴展總線技術，與SPI、I2C串行數據通信方式不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的。

2、1-WIRE典型框圖

??如下是1-WIRE的典型框圖，可以看到微處理器和1-WIRE器件之間只有一根線。

• 當MCU發送邏輯1時，經過反相器，總線呈現邏輯0，邏輯0經過1-WIRE器件的反相器，即會收到邏輯1；

• 當MCU發送邏輯0時，經過反向器，總線呈現邏輯1，邏輯1經過1-WIRE器件的反相器，即會收到邏輯0；

• 同理，當1WIRE器件發送邏輯1時，Tx處有NMOS會導通，總線呈現邏輯0，經過MCU Rx處的反相器，MCU會收到邏輯1；

• 發送邏輯0時，NMOS截止，總線呈現邏輯1，MCU會收到邏輯0；

1-WIRE?結構圖