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從TTL到RS485,掌握串口通信的傳輸距離

朱老師物聯網大講堂 ? 2024-05-27 08:10 ? 次閱讀

一、概述

8e0b219e-1bbd-11ef-bebc-92fbcf53809c.png可能有很多讀者都還不知道 TTL、RS232、485 到底是什么,本節簡單概述一下它們究竟都是什么?

01

TTL電平

TTL:Transistor Transistor Logic晶體管-晶體管邏輯電平。比如:0V代表邏輯低電平,5V代表邏輯高電平。像STM32單片機串口引腳輸出的邏輯高電平就是3.3V。你可能會問:什么是邏輯電平?邏輯電平是特定電壓或可以存在信號的狀態,通常為“0/1” 或 “開/關” 或 “ON/OFF” 或 “LOW / HIGH”等。

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隨著電子技術的快速發展,邏輯高電平的電壓也是越來越低,比如DDR5內存的供電電壓才1.1V。

這一章節相關的內容,以下這篇文章:邏輯電平0和1的世界

02

RS232

RS232,也簡稱232,全稱EIA-RS-232。EIA:Electronic Industry Association,美國電子工業協會。RS:Recommended Standard,代表推薦標準。232:代表標識號。RS232有多個版本,比如:RS232A、RS232B、RS232C···F等,目前常用的是RS-232C。RS232最初是用于調制解調器,因此它的引腳定義和調制解調器傳輸有關。RS232早期使用25針連接器(DB25)比較多,早期打印機、傳真機這些設備用的比較多,現在很少用了。

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現在通常是DB9,相信大家都不陌生,但我們大部分時候只用到了2、3、5腳。

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編號定義功能
1DCD數據載波檢測
2RXD數據接收
3TXD數據發送
4DTR數據終端準備好
5GND信號地
6DSR數據設備準備好
7RTS請求發送
8CTS清除發送
9RI振鈴提示

DB9在很多電腦后面板上都還保留有,即便后面板沒有,在主板上也留有DB9接口

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03

RS485

RS485 可以說是在RS232的基礎上發展而來的,目的是為了“增加抗干擾能力和信號傳輸距離”。RS232采用電壓來代表邏輯高低電平,比如:±15電壓。而RS485采用差分電壓,也就是兩根信號線(A、B)上的電壓差來代表邏輯高低電平。RS232支持全雙工通信,而RS485是半雙工通信。

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二、傳輸距離

8e0b219e-1bbd-11ef-bebc-92fbcf53809c.png在大學的時候,可能老師會告訴你:RS22傳輸距離為15米。或者,你在某些書籍上看到RS485傳輸距離為1200米。通信傳輸距離與很多因素有關,實際和理論還是有很大差異,在某些情況下,RS485傳輸500米可能都有問題。
通信傳輸距離與通訊方式、波特率、連接線、干擾等眾多因素有關,這里結合串口(UART)通信來簡單說下這幾個問題。

01

通訊方式

這里說的通訊方式,指的就是標題中“TTL、RS232、485”等不同的通訊方式。正常情況下,通訊距離:TTL < RS232?

02

波特率

波特率,1波特即指每秒傳輸1個符號。波特(Baud,單位符號:Bd)你可以理解為傳輸信號的快慢,比如:串口9600bps。波特率越高,頻率就越高,同等條件下,傳輸的距離就更短。
串口的波特率可以做到很高,比如:115200bps,但以這種波特率通過RS232傳輸,可能傳輸10米就存在問題。

03

連接線

連接線也是一個關鍵因素,連接線材料(銅、鋁、鐵)、粗細、是否帶有屏蔽等都會影響傳輸信號的距離。可能干凈的環境(比如實驗室、辦公室)都還看不出差異,你在復雜的點環境(比如工廠,特別是大型機械設備比價多的環境下)就能感受出差異了。
所以,RS458使用差分信號,雙絞線,好點的帶有屏蔽的線,在工業環境就顯優勢了。

04

干擾因素

做過工業產品的人都知道,不但EMC要求高,對于通信的要求也高。旁邊一個臺大型設備突然啟動,很有可能讓你的通信失敗(或者芯片復位、死機等)。你以為485能傳輸1200米,可能工廠內200米通信都還會失敗。綜合以上,要增加傳輸距離、又要保證傳輸信號的穩定,通常要做到盡量遠離干擾源(大型機械設備)、增加屏蔽措施、降低傳輸速率(波特率)等。

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