TTL电平
引言
TTL是 Transistor-Transistor Logic（晶体管-晶体管逻辑）的缩写，是早期基于双极性晶体管（BJT）技术的逻辑家族。
电平特点
1. 电源电压：+5V
2. 电平标准：
- Voh：≥ 2.4V；
- Vol: ≤ 0.4V；
- Vih：≥ 2.0V；
- Vil: ≤ 0.8V；
核心特点：
1. 输入悬空：TTL输入引脚如果什么都不接（悬空），默认会被电路视为高电平(1)。但这是不稳定的，易受干扰，好设计应避免悬空。
2. 驱动能力：灌电流(Sink)能力远强于拉电流(Source)能力。即输出低电平(0)时能“吸入”的电流很大。
3. 功耗：相对较高。
LVTTL电平
引言
随着芯片工艺演进，为了降低功耗和适应更低的核心电压而出现的TTL低压版本。
电平特点
1. 电源电压：+3.3V
2. 电平标准：
- Voh：≥ 2.4V；
- Vol: ≤ 0.4V；
- Vih：≥ 2.0V；
- Vil: ≤ 0.8V；
核心特点：
1. 电压降低了，阈值没变：继承了5V TTL电平的阈值电压，但是工作电压降低到了3.3V。
2. 兼容性：一个LVTTL的输入可以安全地接收5V TTL 的输出。
CMOS电平：
引言：
基于MOSFET场效应管
电平特点
1. 电源电压（3.3V）：范围很管。
2. 电平标准（以3.3V CMOS为例）
- Voh：非常接近VCC（≥ 3.2V @ 3.3V）；
- Vol: 非常接近0V（≤ 0.1V @ 3.3V）；
- Vih：> 0.7 * VCC（≥ 2.31V @ 3.3V）；
- Vil: ≤ 0.3 * VCC（≤ 0.9V @ 3.3V）；
核心特点：
1. 满幅摆动：输出电平几乎能达到电源轨（Rail - to -Rail），这是巨大优势。
2. 高输入阻抗：输入引脚是绝缘栅极，直流阻抗极高，几乎不消耗直流电流。
3. 禁止悬空：CMOS输入引脚绝对不能悬空！ 悬空会产生静电积累导致栅极击穿，或造成逻辑振荡和额外功耗。所有未使用的输入脚必须接上拉或下拉电阻。
4. 低功耗：静态功耗极低，功耗主要发生在高低电平切换的瞬间。
TTL电平和CMOS电平混合使用注意事项
1. 3.3VLVTTL/CMOS 可以安全直接驱动 5V TTL。
2. 5V TTL 可以驱动3.3V LVTTL，弹药注意5V TTL的输出电压不超过3.3V的 LVTTL芯片输入脚的绝对最大耐压值。
3. 5V TTL 驱动3.3V CMOS，有风险，建议加电平转换或上拉电阻。
4. 5V CMOS不能驱动任何3.3V芯片。
RS232电平
引言
RS232（Recommended Standard 232）是电子工业协会（EIA）在1960年代早期制定的一种串行通信接口标准，旨在规范数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的连接和通信方式。RS232经历了多个版本的迭代和发展，最著名的版本之一是RS-232C，成为了广泛接受的标准。
协议原理：
RS232工作原理是基于异步串行通信，数据以BIT的形式逐位传输，可以实现一对一的全双工通信。仅仅只需要三根线即可实现数据传输：RXD，TXD和GND。如下图所示，其数据传输过程包括起始位、数据位（5~8）、奇偶校验位和停止位。
电平标准
RS232是负逻辑电平标准。逻辑“1”通常由负电压表示（-3V ~ -15V），而逻辑“0”则由正电压表示（3V ~ 15V）。
优缺点：
优点
- 简单易用：RS-232协议的工作原理简单，易于理解和实现。
- 低成本：RS-232接口的硬件成本低，适合大规模生产和应用。
缺点
- RS-232协议的传输速率相对较低。
- RS-232协议的传输距离有限，最长仅为15米。
- S-232协议只支持点对点通信，无法实现多设备之间的通信。
RS422电平
引言
RS422采用差分信号来提高数据传输的可靠性和距离，同时其传输速率可达最高10Mbps。
协议原理：
RS422采用一对双绞线来传输每个信号。其一般是四线制，可以实现单点对多点间的全双工通信。两根用于发送（Tx+ 、 Tx-）和两根用于接收（Rx+ 、 Rx-）。
电平标准
在RS422中，逻辑状态通过一对导线上的电压差来表示。理想情况下，当发送逻辑“1”时，正相线路相对于负相线路会有+2V到+6V的电压差；发送逻辑“0”时，则为-2V到-6V的电压差。为了防止信号反射和保证信号完整性，RS422通信链路通常需要在接收端添加匹配的终端电阻。在点对点连接中，终端电阻通常只在接收端添加；
RS485电平
引言
RS485通过差分信号传输，支持最长1200米的通信距离和高达10 Mbps的数据传输速率。RS232接口支持多点对多点间的半双工通信，这使得RS485非常适合构建设备网络。
协议原理：
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。
电平标准
RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k，RS-422是4k。RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。
- 逻辑1：当A线相对于B线的电压为正值时，即A-B > +200mV，这代表一个逻辑高电平。在实际应用中，这个值通常是+2V到+6V之间。
- 逻辑0：当A线相对于B线的电压为负值时，即A-B < -200mV，这代表一个逻辑低电平。在实际应用中，这个值通常是-2V到-6V之间
- 在长距离传输时，为了减少信号反射，通常会在RS485网络的两端添加120欧姆的终端电阻。这是因为RS485电缆的特性阻抗一般为120Ω。
电路原理图
CAN电平
引言
CAN：局域网（Control Area Network，CAN）是一种全数字、全开放的现场总线控制网络。目前CAN总线被广泛的应用在汽车电子领域和工业的现场总线中。CAN是一种 多主、串行、广播式 的现场总线通信协议，可以实现点对点，单点对多点，多点对多点以及全局广播之间的通信方式。
协议原理
1. 多主：总线上没有传统的主从结构。任何节点都可以在总线空闲的时候主动向任何其他节点发送消息。
2. 广播：发送节点将消息广播到总线上，所有节点都能听到。
3. 基于消息：通信不是通过地址来寻址特定节点，而是通过标识符来标识消息的内容。总线上所有节点都会收到消息，每个节点的CAN硬件只对自己感兴趣的标识符的消息做出反应。
4. 高可靠性：具有强大的错误检测和处理机制，使其能够在恶劣的电磁环境中依然稳定。节点具有在错误严重时自动关闭总线的功能，它可以切断故障点与总线的联系，使总线上的其他节点不受影响。
电平标准：
1. 物理层： 所有节点都挂在一对双绞线上（CAN_H和CAN_L）。
2. 差分信号传输： 使用差分电压来抵抗共模干扰。
- 显性位：逻辑 ‘0’。CAN_H 电压升高，CAN_L 电压降低，产生差分电压。
- 隐性位 (Recessive Bit)：逻辑 ‘1’。两条线电压均约为 2.5V，差分电压为 0。
- 特点：显性位会覆盖隐性位，在仲裁中很重要。
电路原理图
优劣势
优势：
1. 高可靠性：差分信号和多重错误检测机制使其抗干扰能力极强。
2. 多主结构：灵活性强，无需中央控制器。
3. 优先级仲裁：保证了关键消息（如刹车信号，标识符优先级高）总能优先发送，实时性好。
4. 全局一致性：通过广播和过滤，可以轻松保证所有节点数据的一致性。
5. 成本效益：用简单的双绞线替代了复杂的线束。
局限性
1. 带宽限制：经典CAN最高速率为1 Mbps，且有效数据负载较小（最多8字节/帧），协议开销较大。不适合传输大量数据（如视频流）。
2. 软件复杂性：实现完整的CAN协议栈（尤其是错误处理）比UART等简单协议复杂得多。
3. 需要专用硬件：通常需要CAN控制器和收发器芯片，不能直接用MCU的GPIO模拟。