串口通信实验——RS-232
时间：2022-09-06 16:30:00
实验任务：
一. 了解串口协议和RS-232标准，以及RS232电平与TTL电平的差异；理解"USB/TTL转232"模块（以CH以340芯片模块为例)工作原理。
实验过程：
一、串口协议和RS-232标准
1.串口通讯
串口通讯 (Serial Communication)是设备间常用的串行通信方式，电子工程师在调试设备时经常使用这种通信方式输出调试信息。 我们以分层的方式理解通信协议，最基本的是将其分为物理层和协议层。物理层规定，通信系统具有机电功能部分的特点，以确保物理媒体中原始数据的传输。协议层主要规定通信逻辑，统一收发双方的数据包装和解包标准。
2.RS-232
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，难免存在以下四点：
(1)接口信号电平值高，接口电路芯片容易损坏。RS任何信号线的电压都是负逻辑关系。即逻辑1为-3— -15V；逻辑“0”： 3— 15V ，噪声容限为2V。即接收器的识别要求高于 3V作为逻辑0，信号低于-3V逻辑1，TTL电平为5V逻辑正，逻辑负 。与TTL电平不兼容，需要电平转换电路TTL电路连接。
(2)传输速率低，异步传输比特率20Kbps；因此在51CPLD这也是为什么综合程序波特率只能在开发板上使用19200的原因。
(3)接口采用信号线和信号返回线与地线共用的传输形式，容易产生共模干扰，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。
3.RS232电平与TTL电平的区别
（1）.TTL电平标准
输出 L： 《0.8V ； H：》2.4V。
输入 L： 《1.2V ； H：》2.0V
TTL设备输出低电平小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V它被认为是0，高于2.所以TTL低电平输入的噪声容量仅为(0.8-0）/2=0.4V，高电平的噪声容限为（5-2.4）/2=1.3V。
(2)具体差异
1.电平的上限和下限定义不同，CMOS抗噪区域较大。 如果是5伏供电，ttl一般是1.7V和3.5V的样子，CMOS一般是2.2V，2.9V外观不准确，仅供参考。
2.电流驱动能力不同，ttl一般提供25毫安的驱动能力，CMOS一般在10毫安左右。
3.所需的电流输入尺寸一般不同ttl需要2.5毫安左右，CMOS几乎不需要电流输入。
4.许多设备兼容TTL和CMOS的，datasheet会有解释。如果不考虑速度和性能，一般设备可以交换。但需要注意的是，有时负载效应会导致电路异常工作，因为有些ttl电路需要下一级输入阻抗作为负载才能正常工作。
TTL电路和CMOS电路逻辑电平
VOH： 逻辑电平 1 的输出电压
VOL： 逻辑电平 0 的输出电压
VIH ： 逻辑电平 1 的输入电压
VIH ： 逻辑电平 0 的输入电压
6.TTL和CMOS逻辑电平转换
CMOS电平能驱动TTL电平
TTL无法驱动电平CMOS电平时，应增加拉电阻。
二、USB/TTL转232"模块（以CH以340芯片模块为例)工作原理。
TXD：发送端一般表示为自己的发送端，正常通信必须连接另一个设备RXD。
RXD：接收端一般表示为自己的接收端，正常通信必须连接另一个设备TXD。
正常通信本身TXD永远接设备RXD！
自收自发：正常通信时RXD接其他设备TXD，因此，如果你想接收你发送的数据，顾名思义，也就是说，你接收你发送的数据，即你自己TXD直接连接到RXD，测试本身的发送和接收是否正常是最快、最简单的测试方法。当出现问题时，首先进行测试，以确定产品是否出现故障。也称为回环测试。
电平逻辑：
TTL电平：一般数据表示采用二进制 5V等于逻辑1，0V等同于逻辑0TTL信号系统是正逻辑
RS232电平：采用-12V到-3V，等于逻辑0， 3V到 12V逻辑电平等于逻辑1，是负逻辑。
产品说明：
1、主芯片为CP2102安装驱动后生成虚拟串口
2、USB引出接口包括3.3V（《40mA），5V，GND，TX，RX，信号脚电平为3.3V，正逻辑
3.正确安装驱动灯、收发指示灯，正确安装驱动后，状态指示灯经常亮，收发指示灯通信时闪烁，波特率越高，亮度越低
4、支持从300bps~1Mbps间的波特率
5.通信格式支持:1)5、6、7、8位数据位；2)支持1、1.5.2停止位；3)odd，even，mark，space，none校验
6、支持操作系统：windowsvista/xp/server2003/200，MacOS-X/OS-9，Linux
7、USB头是公头，可以直接连接电脑USB口
8、贴片元件为SMT工艺生产，质量稳定
9、不含USB头体积为：33*15（mm）
请遵循以下连接：
usb转ttl电路图大全（RS232/串口/CH340T/PL2303）
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usb转ttl电路图(1):USB转3线制RS232串口
图中也是USB转3线制RS232串口只输出RS232信号的电平幅度略低。CH340的R232引脚为高电平，辅助引脚启用RS232功能可以用二极管、三极管、电阻和电容代替7.2.节中专用电平转换电路U5，所以硬件成本更低。
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usb转ttl电路图(2):USB转RS232串口
图中是USB最基本、最常用的三线制转RS232串口，U5为MAX232/ICL232/SP232等。
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usb转ttl电路图(3):USB转9线串口
下图是由CH340T实现的USB转RS232串口。CH340提供常用的串口信号和MODEM信号通过电平转换电路U8将TTL串口转换为RS232串口，端口P11是DB9插针的引脚和功能与计算机普通9针串口相同，U8.类似型号有MAX213/ADM213/SP213/MAX211等。
若只需实现USB转TTL串口可以去除图中的串口U8及电容C46/C47/C48/C49/C40.图中的信号线只能连接RXD、TXD以及公共地线，根据需要选择其他信号线，不需要时可悬挂。
P2是USB端口，USB总线包括一对五V通常，电源线和一对数据信号线， 5V电源线为红色，接地线为黑色，D 信号线是绿色的，D-信号线是白色的。USB总线提供的电源电流最大可达500mA，一般情况下，CH340芯片和低功耗芯片USB产品可直接使用USB总线提供的5V电源。如果USB如果产品通过其他电源提供常备电源，CH如果需要同时使用，340还应使用该常备电源USB如果总线的电源通过电阻值约为1Ω的电阻连接USB总线的5V电源线与USB产品的5V常备电源，两者的接地线直接连接。
C8容量为4700pF到0.02μF，用于CH340内部电源节点退耦，C9容量为0.1μF，用于外部电源的退耦。晶体X2、电容C6和C7用于时钟振荡电路。X2是频率为12MHz的石英晶体，C6和C7是容量为22pF独石或高频瓷片电容。如果X选择低成本的陶瓷晶体，所以C6和C7的容量必须由晶体制造商推荐，一般为47pF。
印刷线路板的设计PCB需要注意的是容C8和C9尽量靠近CH340相连引脚；使D 和D-信号线靠近平行布线，尽量在两侧提供地线或覆铜，减少外部信号干扰；尽量缩短XI和XO为了减少高频干扰，引脚相关信号线的长度可以围绕地线或铜覆盖相关部件。
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usb转ttl电路图(4)
USB串口设计原理
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USB接口：主要由三部分组成：USB接头、USB供电、USB原理如下：
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1.USB接头：提供USB物理界面，通过USB线与USB连接设备。
2.USB供电：整个USB转串口线不需要外部电源，直接使用USB供电即可。
3.USB数据收发：USB接口与USB主芯片转串口芯片（PL2303）的通讯。
USB串口主芯片：USB主芯片模块转串口，USB主芯片是电路的核心部分，提供USB与串口桥的转换主要由三部分组成，即USB转串口芯片PL2303、PL2303工作晶振和PL2303外围电路。
1.USB串口主芯片：USB转串口芯片内部功能框图如下：
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2.PL2303工作晶振：提供PL最大支持2303工作时钟12M频率。
3.PL2303外围电路：依据PL2303数据手册要求增加外围电路，具体外围电路功能见PL2303手册。
RS232接口：RS232接口部分实现串口RS232电平与TTL转换电平。模块原理图如下，主要由两部分组成，SP232EH芯片，串口接口。
1.SP213EH芯片：将SP2303的TTL电平串行接口转换为普通接口RS232电平。以及普通的RS232电平电平转换为TTL电平串行接口。
2.标准的DB9公头，可直接设备进行数据通信。
