BMS系统专栏：彻底搞懂！UART、RS232、RS485 三者区别

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在这里主要分享自己学习的linux嵌入式领域知识；有分享错误或者不足的地方欢迎大佬指导，也欢迎各位大佬互相三连

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目录

前言

一、UART-TTL 串口通信核心基础知识

1.1 物理层连接规则

1.2 数据帧格式

1.3 波特率

1.4、优缺点

二、RS232通信

1.1 物理层连接规则

1.2、数据帧格式

1.3、优缺点

三、RS485 通信

3.1、RS485通信连接方式

3.2、RS485数据帧格式

四、三者横向对比汇总表

总结

前言

在嵌入式开发中，UART (TTL 串口)、RS232、RS485 都共用同一套UART 异步串口帧协议（起始位 + 数据位 + 停止位），三者软件协议一模一样，只有底层电气电平、传输架构不同，这也是初学者最容易混淆的点。本文分层拆解三种通信原理，横向对比优缺点。

一、UART-TTL 串口通信核心基础知识

1.1 物理层连接规则

串口（UART/USART）通信是单片机与外设、电脑通信最常用的方式，UART 只定义时序协议，不规定电气电平标准，单片机默认 TTL 电平：

逻辑 1：高电平（3.3V/5V）。
逻辑 0：低电平（0V）。

核心是通过两根线（Tx/Rx）实现异步数据传输：

Tx（Transmit）：发送引脚，负责向外输出数据；
Rx（Receive）：接收引脚，负责接收外部数据；
仅点对点：设备 A 的 Tx ↔ 设备 B 的 Rx，设备 A 的 Rx ↔ 设备 B 的 Tx（必须交叉，否则数据收不到）。无法挂载多个从设备。

具体连线如下图所示：

1.2 数据帧格式

串口传输的数据不是裸数据，而是按固定格式打包的 "帧"，如下图所示：

常用的四种数据帧格式（打绿勾的更常用）：

起始位：1 位低电平，标记数据开始；
数据位：8/9 位（8 位最常用），实际要传输的有效数据；
校验位（可选）：奇校验 / 偶校验 / 无校验，用于验证数据传输是否出错；

奇校验：整个帧中 "1" 的个数必须是奇数（不足则校验位补 1）；
偶校验：整个帧中 "1" 的个数必须是偶数；
示例：传输10101010（4 个 1），奇校验会自动补 1，使总 1 的个数为 5（奇数）；若传输中数据变为10111010（5 个 1），校验位仍为 1，总个数 6（偶数），校验失败，判定数据出错。

1.3 波特率

波特率越高，数据的传输速度越快

波特率 = 每秒传输的二进制位数 如下图所示：

1.4、优缺点

优点：电路最简单，单片机外设自带控制器，编程最简；
缺点：
单端信号传输，抗干扰极差，容易受电机、电源电磁干扰；
传输距离极短，仅限同 PCB 板内、几米以内短距离；
无统一硬件接口标准，设备对接兼容性差；
只能点对点，不支持一主多从组网。

适用场景
芯片间板内通信、单片机与蓝牙 / WIFI 模块短距离通信、调试打印。

二、RS232通信

1.1 物理层连接规则

连线方式：点对点接线，RXD、TXD、GND 三线连接，同样不支持多设备总线挂载。如下图所示：

RS232的通信方式是在串口通信的基础上,增加一个232转换芯片。

将TTL电平转换成232电平进行通信。如下图所示：

1.2、数据帧格式

帧格式完全沿用 UART，仅电平标准重新定义，在串口通信中,一般将+5V视为逻辑”1“,将0V视为逻辑”0“，经过232转换芯片将TTL电平转换为232电平后,可将+12V视为逻辑”1“,将-12V视为逻辑”0“。

逻辑 0：-3V~-15V（常规 - 12V）
逻辑 1：+3V~+15V（常规 + 12V）
如下图所示：

232电平相比于TTL电平,抗干扰能力增强，即使干扰信号会使电平发生波动，但它的高低电平仍有较大的改变余量。通信如下图所示：

1.3、优缺点

优点：电平压差大，抗干扰优于 TTL 串口，通信距离相比UART有所提升，极限传输达到15m。

缺点：
±12V 高压容易击穿 3.3V 单片机外设；
单端共地传输，共模干扰无法抑制，极限传输距离仅 15m；
只能点对点，不能总线组网。

三、RS485 通信

为了解决串口通信及RS232通信所存在的问题,又提出了RS485协议。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，传输距离长和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

3.1、RS485通信连接方式

RS485=UART 协议 + TTL 转差分电平，软件串口协议不变，核心革新：差分信号传输。

485转换芯片可以把串口TTL信号转换成差分信号，也可以反向把差分信号转换成串口TTL信号

依靠 A、B 两根线的电压差值判断逻辑：

A＞B，压差 - 2V~-6V → 逻辑 0

A<B，压差 + 2V~+6V → 逻辑 1
外界干扰会同等叠加在 A、B 双线上，差值不受干扰影响，从硬件根源抑制共模干扰。

AB线采用双绞线的方式，这样外界干扰会同等叠加在 A、B 双线上，差值不受干扰影响，从硬件根源抑制共模干扰。

并且硬件为半双工：A/B 总线共用收发，同一时刻只能收 / 只能发。这样便能实现总线型一主多从拓扑，如下图所示：

3.2、RS485数据帧格式

RS485也是基于串口的，帧格式与串口的相同。与串口和RS232只是电气的特性不同，软件的编程都是差不多的。如下图所示：

四、三者横向对比汇总表

总结

本期博客对UART、RS232、RS485三种通信协议进行了完整的介绍。