嵌入式硬件通信接口協議：UART（二）不同電氣規范下的標準

　　在上一篇《嵌入式硬件通信接口協議-UART(一)協議基礎》中，簡單而細致描述了UART的各個配置項以及通信過程的信號時序，此篇將繼續介紹UART接口在不一樣的電氣特性下，所使用的一些接口規范。

　　一、 簡介

　　實際上UART只是對信號時序進行定義，而未定義其電氣特性。在不一樣的應用場景下，不同的走線空間，不同程度干擾的惡劣環境，不同的平臺和和設備間，要使用UART進行通信，信號管腳的電氣特性差異就是個很大的障礙，并且在很多低功耗設備的信號電平一般都較低(小于5V)，因此，應對不一樣的應用場景和環境，而制定出不一樣的電氣特性協議。

　　二、 UART在不同電氣規范下的接口

　　對于不同平臺或者使用環境，信號管腳的電氣特性依次可以分為

　　TTL/CMOS、RS232、RS422、RS485。

　　(一) TTL/CMOS

　　TTL電平，邏輯“0”等于0V電壓，邏輯“1”等于+5V電壓。

　　CMOS電平，邏輯“0”接近0V電壓，邏輯“1”接近電源電壓(3.3V或其他)。

　　TTL電路與CMOS電路比較

　　1)TTL電路是電流控制器件，而CMOS電路是電壓控制器件。

　　2)TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。

　　CMOS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns)，但功耗低。

　　CMOS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關，頻率越高，芯片即越熱，這是正常現象。

　　常見的，在嵌入式開發時，UART的電平信號由MCU芯片決定。

　　日常的開發過程中，MCU管腳上的UART通信電平就是TTL/CMOS電平信號。

　　(二) RS-232

　　RS232完整縮寫EIA-RS-232C 標準，其中EIA是Electronic Industry Association代表美國電子工業協會，RS是Recommended Standard 推薦標準，232表示標識號，C表示第三次修改。

　　它是在1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。

　　由此可見，RS232才是UART的鼻祖!

　　RS232對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定。

　　在TxD和RxD信號管腳上：

　　邏輯“1”電壓范圍-3V～-15V

　　邏輯“0”電壓范圍+3～+15V

　　在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：

　　信號有效(接通，ON狀態，正電壓)電壓范圍+3V～+15V

　　信號無效(斷開，OFF狀態，負電壓)電壓范圍-3V～-15V

　　可見RS232的信號管腳特性為負邏輯電平的信號。

　　具體可以觀察如下一張MAX232芯片的數據波形：

　　上述的示波器截圖中，通道1(橙色)是RS232電平，通道2(綠色)是UART電平。

　　通道2的波形是數據輸出的bit流逐一對應的電平。

　　bit流依次是起始位“0”、數據“0011，1011”(即DigCore的標志0xDC的二進制LSB排列)、奇校驗位“0”、停止位“1”，最后引腳處于高電平的空閑態。