一、串口協議和RS-232標準

1.串口通訊

串口通訊 (Serial Communication)是一種設備間非常常用的串行通訊方式，電子工程師在除錯設備時也經常使用該通訊方式輸出除錯資訊， 通訊協議，我們以分層的方式來理解，最基本的是把它分為物理層和協議層，物理層規定通訊系統中具有機械、電子功能部分的特性，確保原始資料在物理媒體的傳輸，協議層主要規定通訊邏輯，統一收發雙方的資料打包、解包標準，

2.RS-232

RS-232是現在主流的串行通信介面之一，由于RS232介面標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：
（1）介面的信號電平值較高，易損壞介面電路的芯片，RS232介面任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系，即：邏輯“1”為-3— -15V；邏輯“0”：+3— +15V ，噪聲容限為2V，即要求接收器能識別高于+3V的信號作為邏輯“0”，低于-3V的信號作為邏輯“1”，TTL電平為5V為邏輯正，0為邏輯負 ，與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接，
（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，位元率為20Kbps；因此在51CPLD開發板中，綜合程式波特率只能采用19200，也是這個原因，
（3）介面使用一根信號線和一根信號回傳線與地線構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱，
（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在15米左右，
3.RS232電平與TTL電平的區別

（1）.TTL電平標準

輸出 L： 《0.8V ； H：》2.4V，

輸入 L： 《1.2V ； H：》2.0V

TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V，輸入，低于1.2V就認為是0，高于2.0就認為是1，于是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有（0.8-0）/2=0.4V，高電平的噪聲容限為（5-2.4）/2=1.3V，

（2）具體區別

1.電平的上限和下限定義不一樣，CMOS具有更大的抗噪區域， 同是5伏供電的話，ttl一般是1.7V和3.5V的樣子，CMOS一般是2.2V，2.9V的樣子，不準確，僅供參考，

2.電流驅動能力不一樣，ttl一般提供25毫安的驅動能力，而CMOS一般在10毫安左右，

3.需要的電流輸入大小也不一樣，一般ttl需要2.5毫安左右，CMOS幾乎不需要電流輸入，

4.很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet會有說明，如果不考慮速度和性能，一般器件可以互換，但是需要注意有時候負載效應可能引起電路作業不正常，因為有些ttl電路需要下一級的輸入阻抗作為負載才能正常作業，

5. TTL電路和CMOS電路的邏輯電平
   VOH： 邏輯電平 1 的輸出電壓
   VOL： 邏輯電平 0 的輸出電壓
   VIH ： 邏輯電平 1 的輸入電壓
   VIH ： 邏輯電平 0 的輸入電壓

6.TTL和CMOS的邏輯電平轉換
CMOS電平能驅動TTL電平
TTL電平不能驅動CMOS電平，需加上拉電阻，

二、USB/TTL轉232"模塊（以CH340芯片模塊為例）的作業原理，

TXD：發送端，一般表示為自己的發送端，正常通信必須接另一個設備的RXD，

RXD：接收端，一般表示為自己的接收端，正常通信必須接另一個設備的TXD，
正常通信時候本身的TXD永遠接設備的RXD！

自收自發：正常通信時RXD接其他設備的TXD，因此如果要接收自己發送的資料顧名思義，也就是自己接收自己發送的資料，即自身的TXD直接連接到RXD，用來測驗本身的發送和接收是否正常，是最快最簡單的測驗方法，當出現問題時首先做該測驗確定是否產品故障，也稱回環測驗，

電平邏輯：

TTL電平：通常資料表示采用二進制，規定+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，稱作TTL信號系統，是正邏輯

RS232電平：采用-12V到-3V，等價于邏輯“0”，+3V到+12V的邏輯電平，等價于邏輯“1”，是負邏輯的，

產品說明：

1、主芯片為CP2102，安裝驅動后生成虛擬串口

2、USB取電，引出介面包括3.3V（《40mA），5V，GND，TX，RX，信號腳電平為3.3V，正邏輯

3、板載狀態指示燈、收發指示燈，正確安裝驅動后狀態指示燈會常亮，收發指示燈在通信的時候會閃爍，波特率越高亮度越低

4、支持從300bps~1Mbps間的波特率

5、通信格式支持：1）5，6，7，8位資料位；2）支持1，1.5，2停止位；3）odd，even，mark，space，none校驗

6、支持作業系統：windowsvista/xp/server2003/200，MacOS-X/OS-9，Linux

7、USB頭為公頭，可直接連接電腦USB口

8、貼片元件為SMT工藝生產，質量穩定

9、不含USB頭體積為：33*15（mm）

模塊與單片機請遵循以下連接：

usb轉ttl電路圖大全（RS232/串口/CH340T/PL2303）

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usb轉ttl電路圖（一）：USB轉3線制RS232串口
圖中也是USB轉3線制RS232串口，只是輸出RS232信號的電平幅度略低，CH340的R232引腳為高電平，啟用了輔助RS232功能，只需外加二極管、三極管、電阻和電容就可代替7.2.節中專用的電平轉換電路U5，所以硬體成本更低，

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usb轉ttl電路圖（二）：USB轉RS232串口
圖中是USB轉最基本也最常用的3線制RS232串口，U5為MAX232/ICL232/SP232等，

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usb轉ttl電路圖（三）：USB轉9線串口
下圖是由CH340T實作的USB轉RS232串口，CH340提供了常用的串口信號及MODEM信號，通過電平轉換電路U8將TTL串口轉換為RS232串口，埠P11是DB9插針，其引腳及功能與計算機的普通9針串口相同，U8的類似型號有MAX213/ADM213/SP213/MAX211等，

如果只需要實作USB轉TTL串口，那么可以去掉圖中的U8及電容C46/C47/C48/C49/C40，圖中的信號線可以只連接RXD、TXD以及公共地線，其它信號線根據需要選用，不需要時都可以懸空，

P2是USB埠，USB總線包括一對5V電源線和一對資料信號線，通常，+5V電源線是紅色，接地線是黑色，D+信號線是綠色，D-信號線是白色，USB總線提供的電源電流最大可以達到500mA，一般情況下，CH340芯片和低功耗的USB產品可以直接使用USB總線提供的5V電源，如果USB產品通過其它供電方式提供常備電源，那么CH340也應該使用該常備電源，如果需要同時使用USB總線的電源，那么可以通過阻值約為1Ω的電阻連接USB總線的5V電源線與USB產品的5V常備電源，并且兩者的接地線直接相連接，

C8容量為4700pF到0.02μF，用于CH340內部電源節點退耦，C9容量為0.1μF，用于外部電源退耦，晶體X2、電容C6和C7用于時鐘振蕩電路，X2是頻率為12MHz的石英晶體，C6和C7是容量為22pF的獨石或高頻瓷片電容，如果X2選用低成本的陶瓷晶體，那么C6和C7的容量必須用該晶體廠家的推薦值，一般情況下是47pF，

在設計印刷線路板PCB時，需要注意：退耦電容C8和C9盡量靠近CH340的相連引腳；使D+和D-信號線貼近平行布線，盡量在兩側提供地線或者覆銅，減少來自外界的信號干擾；盡量縮短XI和XO引腳相關信號線的長度，為了減少高頻干擾，可以在相關元器件周邊環繞地線或者覆銅，

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usb轉ttl電路圖（四）
USB轉串口設計原理

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USB介面：主要由3部分組成：USB接頭、USB供電、USB資料收發，其原理如如下：

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1.USB接頭：提供USB物理介面，通過USB線與USB設備進行連接，

2.USB供電：整個USB轉串口線無需外接電源，直接使用USB供電即可，

3.USB資料收發：USB介面與USB轉串口芯片主芯片（PL2303）的通訊，

USB轉串口主芯片：USB轉串口主芯片模塊，USB轉串口主芯片是電路的核心部分，提供USB和串口的橋轉換，它主要由三個部分組成，分別是USB轉串口芯片PL2303、PL2303作業晶振和PL2303外圍電路，

1.USB轉串口主芯片：USB轉串口芯片內部功能框圖如下：

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2.PL2303作業晶振：提供PL2303作業時鐘，最大支持12M頻率，

3.PL2303外圍電路：依據PL2303資料手冊要求添加外圍電路，具體各外圍電路功能，見PL2303手冊，

RS232介面：RS232介面部分實作串口RS232電平與TTL電平的轉換，模塊原理圖如下，主要由2個部分組成，SP232EH芯片、串口介面，

1.SP213EH芯片：將SP2303的TTL電平的串行介面，轉換成普通的RS232電平，以及將普通的RS232電平電平轉換成TTL電平串行介面，

2.標準的DB9公頭，可以直接設備進行資料通信，

三丶參考

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