电子产品，如电脑，鼠标，充电器，包括汽车等，在我们的身边有很多接口，带你认识这些接口，知道长什么样子，用在什么地方，怎么用，原理是什么？这篇文章仅仅作为简单描述，入门级。

• 一、串口
• 二、UART
• 三、TTL电平
• 四、USB
• 五、RS-232
• 六、RS-485
• 七、IIC
• 八、SPI
• 九、CAN
• 十、1-WIRE
  
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一、串口1、串口概述

  串行接口简称为串口，也叫串行通信接口，一般也叫COM口，这是一个统称，采用串行通信的接口都叫作串口，串口是一个硬件接口。

2、公头和母头

  有公头和母头之分，大家可以自行记忆，左边有孔的为母头，另外一个就为公头。

9 J- Z& d) E' @. g4 r6 o公头和母头
' @6 f9 `: ]3 P, f" O- N$ p

" V/ X% v* t8 `4 A1 j* T3、串行和并行

  串行：计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。

  并行：在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信，所以并行的速度比串行快。

串行和并行

1 U3 e6 k& d$ d3 m* j3 y

二、UART
/ S4 ?; E6 n7 ~7 z) J  a

  UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的简称，意为通用异步收发传输器，UART包含TTL电平的串口和RS-232电平的串口，使用UART通信的双方设备都需要遵从UART协议。

三、TTL电平1、TTL概述

  TTL是Transistor-Transistor Logic的简写，是一种电平逻辑，晶体管-晶体管逻辑。

2、标准TTL电平逻辑

  逻辑1代表高电平，连接到电源VCC，逻辑0为低电平，连接到电源地。

• 逻辑1，高电平，VCC（3.3V/5V）
• 逻辑0，低电平，GND（0V）
  ! ?0 n; l: t$ a8 ^; h

  TTL有电压范围，分为输出高、低电平和输入高、低电平，输出高电平用表示，输出低电平用表示；输入高电平用表示，输入低电平用表示。

  对TTL电平的器件来说，当输入电压高于2V时，才会被识别为逻辑1，输入的低电平低于1.2V时，才会被识别为0，这是为什么输出高电平2.4V，高于2V；输出低电平0.8V，低于1.2V的原因所在。如下是标准TTL电平，TTL有很多类型，电压有所区别。

3、USB转TTL

  玩过51单片机的小伙伴都用过CH340G模块，用来下载HEX文件，这个模块的作用就是将USB转成TTL电平，一般单片机的电平都是TTL电平，模块的内部芯片是CH340T，ST官方推荐。

3 L: G) `1 H5 ~) U' GUSB转TTL模块


8 a' g' \& K  _/ t/ A7 }

  使用CH340T芯片，USB转TTL电平的电路原理图。

( a2 r  J- K5 v4 H* h) y4 b& LUSB转TTL原理图
9 \! ~  C9 c/ }$ b% j7 Y2 v
2 E3 O  O$ B0 [8 X3 ?* c
; r4 |4 ]0 `- w8 Z% O% S5 e. E. _+ n- l4、与单片机连接

  TTL电平的器件之间通信，只需要三根信号线：TXD、RXD和GND，和单片机接法很简单，3.3V单片机就接3.3V，5V单片机就接5V，如果单片机有单独的供电，3.3V和5V都不接。

USB转TTL模块与单片机的连接四、USB1、USB概述

  USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术，特点是传输速度快，支持热插拔，可连接多个设备。

  我们在很多地方可以看到USB的身影，鼠标，键盘，手机充电器，现在几乎所有的电子充电设备都是USB接口，如下是各个USB的物理接口。

. ^2 m% W% Z3 A4 r! zUSB接口分类

: y: l% z5 T( s* F% N" l8 z# z
+ ?1 C4 E2 U1 H" O6 ^3 V# `- ~2、USB速率

• 1MB/s=8Mbps（1个Byte等于8bit）

• USB1.0 低速（Low Speed） 传输速率为 1.5Mbps；

• USB1.1 全速（Full Speed） 传输速率为 12Mbps；

• USB2.0 高速（High Speed） 传输速率为 480Mbps；

• USB3.0 超速（SuperSpeed） 传输速率为 5Gbps；

• USB3.1 Gen2 超高速（SuperSpeed+） 传输速率为 10Gbps；

  
  

3、USB接口定义

  最常见的的Type-A型USB接口定义如下。

[td]

Pin#	Name	颜色
1	VBUS/+5V	红色
2	D-/Data-/DM	白色
3	D+/Data+/DP	绿色
4	GND	黑色

# j1 D# b* ]! G$ }3 b) }Type-A型接口


% h+ X( h7 N; j/ a6 \7 M五、RS-2321、RS-232概述

  RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。它被广泛用于计算机串行接口外设连接，连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。

2、RS-232电平逻辑

  RS-232不同于TTL的电平逻辑，为负逻辑，负12V代表高电平逻辑1，正12V代表低电平逻辑0，电压也有标准范围。

• 高电平，逻辑1，-15V to -3V
• 低电平，逻辑0，＋3V  to +15
  

  除了TTL和RS232，常见的还有一个CMOS电平标准，电压范围如下：

5 f1 H8 v9 i- T4 B/ H+ Q- j+ ?

; m% l1 w" T! w

3、DB9接口定义

  下图是DB9公头和母头的定义，一般用的最多的是RXD、TXD、GND，三个信号。

& {. L$ M& I& `: ^5 p; mDB9公头和母头接口信号定义

0 \/ X# `' ?/ A1 y' P8 i. W

  工业场合还会用到DB-25的RS232，DB9和DB25接口可以转换。

, s4 ^' T. g' w  H4 \DB9转DB25
. ?' Z0 Y' X0 W- a$ N6 O
4 `- Q) S, k' {( K  F
6 r; i: R+ U. f4、USB转RS-232
" D+ @$ G6 [5 g  w! B$ z

  USB转232，可以先将USB转换为TTL，再将TTL转换为RS232，当然市面上也有很多USB直接转RS232的线材，线材内部集成转换电路，淘宝上某USB转RS232用的两个芯片是FT232和SP213。

USB转RS232线材

+ i' C0 p5 u( T+ @# D! A2 L
5、TTL和RS-232互转
1 Z" p+ @0 {; [. t

  单片机接口一般是TTL电平，如果接232电平的外设，就需要加TTL转RS232的模块，转换方向是双向的。

  TTL和RS232电平互相转换最常用的芯片是MAX232和SP3232。

  q3 j9 X: x0 q$ g6 S) {, r# OTTL和RS-232转换模块

% D; w. |3 w' A$ N/ M
6 I7 C5 M1 B# ?# q! V

六、RS-485

1、RS-485概述

  RS-485和RS-232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA/EIA-485-A，习惯称为RS-485标准，RS-485弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点。

  RS-485和RS-232单端传输不一样，是差分传输，使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一个定义为B。

2、RS-485电平逻辑

  RS-485是差分传输，一般收发器内部是一个发送器加一个收发器组成。下图是收发器典型的功能框图。

  对于使能信号，字母上面加一横的为低电平有效，不加的为高电平有效。

  

RS-485内部结构

          对于发送器，有如下的真值表：

• 当驱动器使能引脚为逻辑高时，差分输出和遵循数据输入处的逻辑状态。处的逻辑高导致A转为高，B转为低。在这种情况下，定义为的差分输出电压为正。当为低时，输出状态反转，变高，变低，为负。
• 当低时，两个输出都变成高阻抗。在这种情况下，与处的逻辑状态是不相关的。
  

' ]4 j! B6 ~/ I( e9 i9 ]1 B% y* RRS-485发送器真值表

  对于接收器，有如下的真值表：

• 当接收器使能引脚逻辑低时，接收器被激活。当定义为的差分输入电压为正且高于正输入阈值时，接收机输出变高。当为负且低于负输入阈值，接收机输出变低。如果在和之间，则输出不确定。
• 当为逻辑高或悬空时，接收机输出为高阻抗，的大小和极性无关。
  $ I' S. Z5 {# h' Q6 |

# U8 {8 H; K1 |: W" KRS-485接受器真值表

$ V% q2 f6 s2 ]" y( E  s6 o/ X& H, o7 f
4 J& {6 a8 `4 ERS-485电平逻辑说明
0 A# Q" u* f1 f) r5 o

  很多收发器的标准达到甚至超过TIA/EIA-485A规范，在实际使用中，以器件的SPEC参数为主。

; |# j8 \5 N, C# T' V
3、TTL和RS-485转换
! e8 O) k* E% S1 H+ c6 F

  TTL转成RS-485很常见，收发器芯片市面上很多，比如MAX485，用起来也很简单，一般左边接MCU的GPIO，用来控制。

9 R6 `6 S( b! ~1 o$ m3 K5 TTTL转RS-485
# G5 E; y# |: \0 O

2 P. l+ S2 g6 O( E) i3 \4、RS-232和RS-485转换
& N  ?  Q5 F& O$ F8 o% u

  RS-232和RS-485之间可以转换，一个方法是RS-232转换成TTL，再由TTL转换为RS-485，当然也有芯片支持将RS-232支持转换成RS-485，双向转换。

RS-232和RS-485转换模块
1 z' Z! s! v5 {) `
; @) t3 f) g- ^; Z" r
; I/ f( S5 _0 f& J

七、IIC

1、IIC概述

  IIC总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，IIC只需要两根线进行通信，SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）

  下图是I2C总线的典型结构，同一时刻可以单主机多从机或单主机单从机，I2C总线上的任意设备都可以当主机，一般主机是MCU，当有多个主机时，会通过总线仲裁的方式选出一个主机，其他退出作从机。

" H7 T7 O. ]4 s. sIIC总线架构
% z* F# s, S3 f4 ^0 I
3 G; \9 ]/ M/ \/ Z' U+ i$ z( F, r- R
2、IIC速率

• 标准模式：100Kbit/s
• 快速模式：400Kbit/s
• 高速模式：3.4Mbit/s
  

八、SPI1、SPI概述

  SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，SPI的速率比I2C高，一般可以到几十Mbps，不同的器件当主机和当作从机的速率一般不同。

2、SPI信号线

• MISO – Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出；
• MOSI – Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入；
• SCLK – Serial Clock，时钟信号，由主设备产生；
• CS – Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制；
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3、SPI典型应用

  SPI最典型的应用是单主机单从机，下图是接线方式，当然也可以多从机。

SPI单主机单从机连接方式
' c, }5 \6 q! Z- {0 y

九、CAN
1 V( g+ S  D1 ^0 D% X$ A

1、CAN概述

  CAN是Controller Area Network的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现在是汽车网络的标准协议。

2、CAN电平逻辑[td]

电平	逻辑	总线Value
显性电平	0	CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V
隐性电平	1	CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V

十、1-WIRE1、1-WIRE概述

  单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术，与SPI、I2C串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。

2、1-WIRE典型框图

  如下是1-WIRE的典型框图，可以看到微处理器和1-WIRE器件之间只有一根线。

• 当MCU发送逻辑1时，经过反相器，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑1；

• 当MCU发送逻辑0时，经过反向器，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑0；

• 同理，当1WIRE器件发送逻辑1时，Tx处有NMOS会导通，总线呈现逻辑0，经过MCU Rx处的反相器，MCU会收到逻辑1；

• 发送逻辑0时，NMOS截止，总线呈现逻辑1，MCU会收到逻辑0；

  
  * d3 K; \, j2 _( k7 k. b% W- }

1-WIRE结构图

各种协议接口~~