串口是最簡單的串行接口和調試工具

上點年紀的朋友都知道，最早期的51單片機可沒有現在的這么多外設，什么內置ADC，SPI，CAN，I2C，DMA等等，唯一有的就只有四種類型的外設：GPIO，定時器，外部中斷還有就是我們今天要說的串口。從那時候就出道的工程師一直工作到現在，接觸了形形色色的MCU或者MPU，最早期的很多外設到如今已經面目全非了，或許在51單片機盛行的年代，你能很清楚地畫出其IO口的內部結構，但是現在單片機的IO口顯然要強大且復雜得多。真可謂滄海變桑田。不過，這些外設中唯一有一個到目前為止還是覺得那么親切，那就是串口。盡管配置方式和之前的51單片機有著很大的不同，但是其最基本的參數如波特率，起始位，數據長度，停止位依舊是那么熟悉。

TTL串口

“串口”這一詞是個含義很廣的詞，所有用串行方式傳遞數據的接口都可以被稱為串口，而我們印象中最熟悉的那個“串口”其實是“TTL串口”。TTL（Transistor-Transistor Logic）也稱雙極型晶體管（三極管）邏輯，由于在早期的半導體都是雙極型晶體管工藝的，所以就用這個名字來稱呼我們常用的那個串口。在TTL邏輯中，規定了以0V表示邏輯“0”，以5V表示邏輯“1”。這種規定只是針對以前那種TTL工藝下的芯片所指定的，由于目前的半導體都為CMOS技術，因此但凡滿足CMOS電平的串口也沿用了“TTL串口這個名稱”。

一個“TTL串口”是由三根線組成的，分別是數據發送線（TXD），數據接收線（RXD），和公共地（GND）。在連接兩個TTL串口設備的時候，需要將一片的TXD線連接到另一片的RXD線上，一片的RXD線連接到另一片的TXD線上，兩片的GND線連接在一起。

** RS232串口**

RS232串口和TTL串口的區別在于，兩者所使用的電平格式不一樣。RS232的電平標準為+12V為邏輯負，-12為邏輯正。RS232在之前的臺式機上，是必備的通訊接口之一，但是隨著USB和后來TYPE-C USB的興起，現在基本已經看不見其蹤影。值得一提的是，RS232標準是由電子工業協會（Electronic Industries Association，EIA） 所制定的異步傳輸標準接口。

RS232串口出現在個人計算機上的時候，往往又被稱為“COM口”。目前的串口都為九線制的RS232口，其連接器的形狀一般都為D-SUB 9接口，而在歷史的發展中，還出現過一種25線的RS232口，但是目前已經見不到了。

在9針的RS232串口中，我們一般用來使用的也就是其中的RXD，TXD和GND這三根線，這個和TTL串口使用的數據線是一樣的。而剩余的6根線分別是早期做PC和外設通訊時候的控制信號線，目前很少會用到。其實在目前的一些單片機上面，它們的TTL外設上面也都還保留了這些串口的控制線，只不過我們很少用到而已。

** 協議轉換**

TTL和RS232串口的協議轉換思路其實很簡單，第一步是電壓的轉換，將±12V的電壓轉換成0和5V的電壓即可。第二步是邏輯的轉換，將RS232的負邏輯轉換成TTL的正邏輯即可。

在我們平時使用中，有一個系列的芯片可以專門用來轉換TTL串口和RS232串口，這個芯片就是MAX232/MAX3232。MAX232是一種專門為電腦的RS-232標準串口設計的雙組驅動器/接收器，片內含有一個電容性電壓發生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。但是如果單片機提供的信號電平和RS232的標準不一樣，因此要通過MAX232這種類似的芯片進行電平轉換。MAX232在使用中應該盡量避免熱插拔，因為RS232的電平比較高，所以其在接通時產生的瞬時電涌會非常高，因此MAX232很有可能被擊毀。

而MAX3232和MAX232的功能一樣，它們最大的區別為：MAX232是5V供電的芯片，而MAX3232是3.3V供電的芯片。

另外，由于我們目前使用的筆記本電腦，基本上沒有串口流出了，而僅僅留出幾個USB接口，因此需要將TTL轉換成USB協議，這種協議的轉換就比較麻煩，但是也有特定的轉換芯片。

CH340

CH340是一個USB總線的轉接芯片，實現USB轉串口或者USB轉打印口。

其特點為：

• 全速USB設備接口，兼容USB V2.0。
• 仿真標準串口，用于升級原串口外圍設備，或者通過USB增加額外串口。
• 計算機端Windows操作系統下的串口應用程序完全兼容，無需修改。
• 硬件全雙工串口，內置收發緩沖區，支持通訊波特率50bps～2Mbps。
• 支持常用的MODEM聯絡信號RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。
• 通過外加電平轉換器件，提供RS232、RS485、RS422等接口。
• CH340R芯片支持IrDA規范SIR紅外線通訊，支持波特率2400bps到115200bps。
• 內置固件，軟件兼容CH341，可以直接使用CH341的VCP驅動程序。
• 支持5V電源電壓和3.3V電源電壓甚至3V電源電壓。
• CH340C/N/K/E及CH340B內置時鐘，無需外部晶振，CH340B還內置EEPROM用于配置序列號等。
• 提供SOP-16、SOP-8和SSOP-20以及ESSOP-10、MSOP-10無鉛封裝，兼容RoHS。

PL2303

PL2303 是Prolific 公司生產的一種高度集成的RS232-USB接口轉換器，可提供一個RS232 全雙工異步串行通信裝置與USB 功能接口便利連接的解決方案。早前的PL2303很有競爭力，但是目前市場越來越多地被CH340搶去，另外它對Windows 10的兼容，簡直一團糟糕。

除了CH340和PL2303，還有一些其他的芯片，如cp210x等，但是這些芯片中，我首推的還是CH340，因為這個芯片是國產的，而且價格便宜，電路簡單。