一、串口的概念

　　串行接口簡稱串口，也稱串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口。串行接口（SerialInterface）是指數據一位一位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。

　　二、串行端口的數據傳輸

　　當今人們使用的所有計算機操作系統都支持串行端口，因為其“入駐”計算機已有數十年的歷史了。而并行端口的發明要晚得多，速度也比串行端口快得多。USB端口的歷史只有數年，它很可能在接下來的幾年內全面取代串行端口和并行端口。

　　之所以取名為“串行”端口，是因為這種端口會將數據“串行化”。更具體地說，它一次獲取一個字節的數據并傳輸該字節的8位。這樣做的優勢在于，串行端口只需要一條線路就能傳輸8個位，而并行端口則需要8條。相應的劣勢在于，其傳輸數據的用時是擁有八條線路時的8倍。此外，串行端口還可以降低線纜成本，使線纜更加小巧。

　　在發送數據的每個字節之前，串行端口會發送一個開始位，這是一個值為0的單個位。在發送完數據的每個字節之后，它將發送一個停止位，表示該字節已傳輸完成。此外，它還可以發送奇偶校驗位。

　　串行端口也稱為通信（COM）端口，是一種雙向端口。在雙向通信中，每個設備都可以接收數據和傳輸數據。串行設備使用不同的針腳來接收和傳輸數據——如果使用相同的針腳，通信將限制為半雙工模式，這表示信息一次只能在一個方向上傳播。使用不同的針腳可以實現全雙工通信，在這種模式中，信息可以同時在兩個方向上傳播。

　　串行端口依靠特殊的控制器芯片通用異步接收/傳輸器（UART）來實現自己的功能。UART芯片從計算機的系統總線獲得并行輸出，然后將其轉換成串行形式，以便通過串行端口傳輸。為了提高效率，大多數UART芯片都內置有16到64千字節的緩沖區。利用這個緩沖區，芯片便可以在處理要流向串行端口的數據的同時，緩存從系統總線流入的數據。大多數標準串行端口的最大傳輸速率為115Kbps（千比特每秒），增強型串行端口（ESP）和超級增強型串行端口（Super ESP）等高速串行端口可以實現460Kbps的數據傳輸速率。

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　　三、串口三大分類及功能

　　1、RS-232

　　也稱標準串口，最常用的一種串行通訊接口。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。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”。傳統的RS-232-C接口標準有22根線，采用標準25芯D型插頭座（DB25），后來使用簡化為9芯D型插座（DB9），現在應用中25芯插頭座已很少采用。

　　RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。

　　2、RS-422

　　標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Slave），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現。

　　RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　3、RS485

　　是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現點對多的通信，即只能有一個主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。

　　RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12kΩ、RS-422是4kΩ；由于RS-485滿足所有RS-422的規范，所以RS-485的驅動器可以在RS-422網絡中應用。

　　RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　四、RS232典型應用電路

　　五、RS422光電隔離保護電路

　　光電隔離器可以組成多種應用電路，如光電隔離電路，長傳輸線隔離器，TTL電路驅動器，CMOS電路驅動器，脈沖放大器等。

　　六、帶隔離的RS485電路

　　根本原理與基本電路的原理相似。使用DC-DC器件可以產生1組與微處理器電路完全隔離的電源輸出，用于向RS485收發器提供+5V電源。電路中的光耦器件速率會影響RS485電路的通信速率。上圖中選用了NEC的光耦PS2501，受其影響，該電路的通訊速率控制在19200bps下。

　　上圖是最基本的RS485電路，R/D為低電平時，發送禁止，接收有效，R/D為高電平時，則發送有效，接收截止。上拉電阻R7和下拉電阻R8，用于保證無連接的SP485R芯片處于空閑狀態，提供網絡失效保護，提高RS485節點與網絡的可靠性，R7，R8，R9這三個電阻，需要根據實際應用改變大小，特別是使用120歐或更小的終端電阻時，R9就不需要了，此時R7，R8使用680歐電阻。正常情況下，一般R7=R8=4.7K，R9不要。

　　圖中鉗位于6.8V的管V4，V5，V6，都是為了保護RS485總線的，避免受外界干擾，也可以選擇集成的總線保護原件。另外圖中的L1，L2，C1，C2為可選安裝原件，用于提高電路的EMI性能.