by “串口通信是仪器人应对的最基本的一个通信方式，RS-232就是其中简单的一种。许多新手通常搞不懂UART和RS-232、RS-422、RS-485的联系和区别，下面我们就谈一谈这些概念的理解，帮大家梳理两者之间的关联。”
如果将串口通信比成交通出行，UART比成地铁站，那样一帧的信息好比车辆。汽车跑走在路上，要遵守交通法规。假如是市区，一般速度限制30、40,而高速路则可到120。而汽车走什么路，限速多少，就得看协议书如何明确了。比较常见的串口协议书有RS-232、RS-422、RS-485等，彼此之间有什么细微的差别？下面我们就一起来探讨一下。
UART是啥
UART是通用性多线程接收传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，一般称之为UART，是一种多线程接收传输器，是设备机房开展异步通信的关键所在控制模块。UART负责管理系统总线和串行接口间的串/并、并/串变换，并明确了帧格式；通讯彼此只需选用同样的帧格式和串口波特率，就可以在未分享时钟信号的情形下，只用二根电源线（Rx 和Tx）就能完成通讯全过程，因而又称为多线程串口通信。
UART典型性框架图
若添加一个合适的脉冲信号转化器，如SP3232E、SP3485，UART 还可以用以RS-232、RS-485 通讯，或者与计算机端口号联接。UART 应用非常广泛，手机上、工业控制系统、PC 等场景中都会用到UART。
UART采用的是多线程，串口通信。
串口通信是指通过一条同轴电缆将材料一位位地次序传输。特征是通信网络简易，运用简单电缆线就可实现通讯，控制成本，适用长距离通讯，但传输速率比较慢应用场合。
异步通信以一个字符为传送企业，通讯中两个字符间时间间隔是多少是不固定的，但是在同一个标识符中的两个邻近位间时间间隔是不变的。
数据传输速度用串口波特率来描述，即每秒传输的二进制位数。比如数据传输速度为120标识符/秒，而每一个标识符为10位（1个起始位，7个数据寄存器，1个校验位，1个结束位），则该传输的串口波特率为10×120＝1200标识符/秒＝1200珀特。
数据通讯文件格式如下图所示：
在其中各位的实际意义如下所示：
起始位：先发出一个逻辑性”0”数据信号，表明传送标识符的开端。
数据寄存器：能是5~8位逻辑性”0”或”1”。如ASCII码（7位），拓展BCD码（8位）。小端传送。
校验位：数据寄存器再加上这一位后，促使“1”的个数应是双数(偶校验)或单数(奇校验)
停止位：这是一个字符数据信息彻底结束标示。能是1位、1.5位、2位上拉电阻。
空余位：处在逻辑性“1”情况，表明现阶段线路上并没有材料传输。
注：异步通信是按照标识符传输，接收设备在接到起始信号以后只需要在一个字符的传递时长可以和传送机器设备保持同步就可恰当接受。下一个字符起始位的来临也使同歩再次校正（借助检验起始位来达到推送与接收者的数字时钟自同步的）
RS-232规范
RS-232也是美国电子器件行业协会EIA（Electronic Industry Association）制订的一种串行通信物理学接口类型。RS是英语“推荐标准”的简称，232为标识号。RS-232是对于电气特性及其物理特征的相关规定，只应用于数据的传输通道上，它不含有对数据的处理方法。必须说明一下,好多人常常把RS-232、RS-422、RS-485 误称之为通信协议,这是非常不应该的，其实它们仅讲的是UART通信的一个机械和电气接口规范（顶多就是网络层协议里的物理学方面）。
该标准选用一个25 个脚DB-25 射频连接器，对连接器每一个管脚信号具体内容进行规范，也对各种各样信号的功率脉冲信号进行要求。之后IBM的PC 机将RS-232 简化成了DB-9 射频连接器，并成为今日的事实标准。而工业控制系统的RS-232 口一般只应用RXD（2）、TXD（3）、GND（5） 三条线。
初期因为PC都自带RS-232插口，所以我们要应用UART时，都会选择RS-232。但现在个人计算机，不仅仅是笔记本电脑，包含台式电脑都不会再含有RS-232的接口，现在看到主板上面没有DB9的接口。所以目前仿真器都会选择TTL的UART，或直接UART转USB做在仿真器上。
内嵌式里边讲的串口，一般是指UART口， 可是我们通常搞不懂它跟COM口区别, 及其RS232, TTL之间关系, 事实上UART,COM指的是物理接口方式(硬件配置), 而TTL、RS-232是指的脉冲信号规范(电子信号).
UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 使用的TTL脉冲信号, 低电频为0(0V)，上拉电阻为1（3.3V及以上）。
RS-485/ RS-422规范
RS-232插口能够实现一对一的通讯方式，但这种方式难以实现连接网络作用。因此，针对这种情况，一个新的标准RS-485形成了。RS-485的信号使用差分信号传输技术，也称作均衡传送，并且使用一对五类双绞线，将其中一线界定为A，另一线界定为B。
一般来说，推送控制器A、B间的正电荷平在 2～ 6V，是一个逻辑性情况，负电荷平在-2～6V，是另一个逻辑性情况。还有另外一个信号地C，在RS-485中还有一“也就能”端，但在RS-422中这也是可以用可闲置的。
RS-422 的电气特性与RS-485完全一样。最主要的区别取决于：RS-422 有4 根电源线：二根推送、二根接受。因为RS-422 的收与发是分开的因此可以与此同时收和发（双工），也正是因为双工规定接收需有独立的无线信道，因此RS-422适用2个站中间通讯，星形网、双回路，不能用以总线网；RS-485 仅有2 根电源线，所以只好坚守在并行传输方式，主要用于总线网。
1.RS-485的电气特性：逻辑性“1”以两条线之间的电压差为 (2~6)V表明；逻辑性“0”以两条线之间的电压差为-(2~6)V表明。插口信号幅度比RS-232-C减少了，就不易损坏通信接口的芯片，所以该脉冲信号与TTL电平适配，可方便与TTL 线路连接。
2.RS-485的信息最大传输速度为10Mbps 。
3.RS-485插口采用的是均衡控制器和差分信号信号接收器的搭配，抗共模干扰能力增强，即抗噪音影响性强。
4.RS-485较大的通信距离约为1219M，较大传输速度为10Mb/S，传输速度与传输距离反比，在100Kb/S的传输速度下，才可以达到较大的通信间距，假如需传送比较长的间距，需要加485无线中继器。RS-485系统总线一般最大支持32个节点，如果采用特制485处理芯片，能够达到128个或是256个节点，最大的一个能够支持到400个节点。
因为RS-232 接口类型发生比较早，难免会有存在的不足，有以下几点：
（1） 接口信号幅度值比较高，易损坏通信接口处理芯片，又因232脉冲信号与TTL电平兼容问题故应使用脉冲信号变换电源电路方可与TTL线路连接；
（2） 传输速度比较低，在异步传输时，串口波特率为20Kbps。如今由于采用一个新的UART处理芯片，串口波特率做到115.2Kbps（1.832M/16）；
（3） 插口应用一根电源线和一根数据信号回到线而构成共地的传递方式，这类共地传送很容易产生共模干扰，因此抗噪音影响性弱；
（4） 传输距离比较有限，较大传输距离指标值为50 米，事实上也只能是用于15 米长；
（5） RS-232 只允许一对一的通讯，没考虑组成串行接口。(这一点很重要，在许多操纵情景，是一控多，假如关键设备都要追随机器设备点对点传输，那当场走线成蛛网了)
非平衡型串口通信插口RS-423，RS-449
平衡型串口通信插口RS-422
RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh计算机串口联接规范。RS-422应用音频信号，RS-232使用非均衡参照地数据信号。差分信号传送应用两条线发送和接收数据信号，比照RS-232，它能更好地抗噪音与有更远传输距离。在工业生产环境里更加好的抗噪性与更远传输距离是一个很大的优势。
RS-232与RS-485比照
1、抗干扰能力：RS485 插口采用的是均衡控制器和差分信号信号接收器的搭配，抗噪音影响性强。RS232 插口应用一根电源线和一根数据信号回到线而构成共地的传递方式，这类共地传送很容易产生共模干扰。
2、传输距离：RS485 接口较大传输距离指标值为 1200 米（9600bps 时），事实上可以达到 3000 米。RS232 传输距离比较有限，较大传输距离指标值为 50 米，事实上也只能是用于 15 米长。
3、数据处理能力：RS-485 插口在系统总线上有容许联接高达128个光纤收发器，用户可运用单一的 RS-485 插口容易地构建起设备网络。RS-232只可以一对一通讯。
4、传输速度：RS-232传输速度比较低，在异步传输时，串口波特率为 20Kbps。RS-485 的信息最大传输速度为 10Mbps 。
5、电源线：RS485 插口所组成的并行传输互联网，一般仅需二根电源线。RS-232 口一般只应用 RXD、TXD、GND 三条线 。
6、电气设备电平值：RS-485的思路”1″以两条线之间的电压差为 （2-6） V 表明；逻辑性”0″以两条线之间的电压差为-（2-6）V 表 示 。在 RS-232-C 中任何一条电源线电压均是负逻辑顺序。即：逻辑性”1″，-5- -15V；逻辑性”0 ” 5- 15V 。
RS-422与RS-485比照
RS-485的电气特性与RS-422完全一样。最主要的区别取决于：
1、RS-422 有4 根电源线：二根推送（Y、Z）、二根接受（A、B）。因为RS-422 的收与发是分开的因此可以与此同时收和发（双工）。
2、RS-485 仅有二根手机充电线：发送和接收全是A 和B。因为RS-485 的收与发是同用两条线，因此不允许收和发（并行传输）。
RS-485规范选用平衡式推送，差分信号式接收到的数据信息光纤收发器来推动系统总线，实际尺寸规定：
信号接收器的输入阻抗RIN≥12kΩ
控制器能导出±7V的共模电压
键入端电容器≤50pF
在节点数为32个，配备了120Ω的终端电阻的情形下，控制器起码能电压1.5V（终端设备电阻的大小与使用五类双绞线参数值相关）
信号接收器的输入敏感度为200mV（即（V ）-（V-）≥0.2V，表明数据信号“0”；（V ）-（V-）≤-0.2V，表明数据信号“1”）
由于RS-485的长距离、多节点（32个）及其同轴电缆成本低的特点，促使EIA RS-485变成工业领域中传送数据的最佳选择规范。
（1） RS-485 的电气特性：发送端：逻辑性“0”以两条线之间的电压差 （2 ~6）V 表明；逻辑性“1”以两条线之间的电压差-（2 ~6）V 表明。协调器：A 比B 高200mV 之上即称之为逻辑性“0”，A 比B 低200mV 之上即称之为逻辑性“1”；
（2） RS-485 的信息最大传输速度为10Mbps。但由于RS-485 往往要与PC 机设备RS-232 口通讯，所以实际上一般最大115.2Kbps。又因为过高的速度会让RS-485 传输间距减少，而往往为9600bps 上下或以下；
（3） RS-485 插口采用的是均衡控制器和差分信号信号接收器的搭配，抗噪音影响性强；
（4） RS-485 接口较大传输间距标准是1200 米（9600bps 时），事实上可以达到3000米，RS-485 插口在总线上有允许联接高达128 个光纤收发器、即RS-485 具备多台通讯作用，这样用户可以借助单一的RS-485 插口方便快捷的构建起互联网。由于RS-485 插口所组成的并行传输互联网，一般仅需二根信号线，因此RS-485 插口全部采用五类双绞线传输。RS-485 的国家标准并没有规定RS-485 的接口射频连接器规范、所以采用接线端子排或是DB-9、DB-25 等射频连接器都能够。
使用RS-485 插口时，针对特定传输电缆线径，从产生器到负载其数据信号传输所允许的主要电缆长度是数据信息信号速率的函数公式，这一长短数据信息主要是受信号失帧及噪音等因素所限制。较大电缆长度与信号速率的关联曲线图是采用24AWG 电缆铜线双绞手机电缆（电缆线径为0.51mm），电线间滤波电容为52.5PF/M，终端设备负载电阻器为100 欧时所得出的。（取自GB11014-89 附则A）。当数据信号速度降到90Kbit/S 以上时，假设较大允许的信号损害为6dBV 时，则电缆长短受到限制在1200m。事实上，在适用时其实是可以获得比它大一点的电缆长短。当使用不同电缆线径的电缆，则所取得的较大电缆长短是不相同的。比如：当数据信号速度为600Kbit/S 时，选用24AWG 电缆，较大电缆长度是200m，若采用19AWG电缆（电缆线径为0.91mm）则电缆长短将可以超过200m；若采用28AWG 电缆（电缆线径为0.32mm），则电缆长短只有低于200m。
RS-485的长距离通讯建议使用屏蔽掉电缆，并将金属屏蔽做为接地线。
危害RS-485总线通信速率和通信稳定性的三个因素
1、在通信电缆里的信号反射
在通信环节中，主要有两种信号原因造成信号反射：特性阻抗不连贯和阻抗不匹配。
特性阻抗不连贯，信号在传输线末端突然遇到电缆特性阻抗不大甚至都没有，信号在那个地方就会引发反射，如下图所示。这类信号反射的基本原理，和光从一种介质进入到另一种介质要引起反射是相似的。清除这类反射的办法，就必须在电缆的末端跨接线一个与电缆的阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的特性阻抗持续。因为信号在电缆里的传输是双向的，因而，在通信电缆的另一端可跨接线一个同样大小的终端电阻。
从技术上剖析，在传输电缆的末端只需跨接线了与电缆阻抗相符的终端电阻，便不会再发生信号反射状况。可是，在推进运用中，因为传输电缆的阻抗与通信串口波特率等应用场景相关，阻抗不太可能与终端电阻彻底相同，因而或多或少信号反射还会存在。
造成信号反射的另一个原因是数据信息光纤收发器与传输电缆间的阻抗不匹配。这类原因造成的反射，主要体现在通信线路处于空余方式时，整体网络信息错乱。
信号反射对业务传输产生的影响，说到底是由于反射信号触动了信号接收器键入端电压比较器，使信号接收器收到不正确的信号，造成CRC校检有误全部数据帧不正确。
在信号剖析，考量反射信号抗压强度参数值是RAF（Refection AttenuationFactor反射损耗因素）。它计算公式如式（1）。
RAF=20lg(Vref/Vinc) （1）
式中：Vref—反射信号电压尺寸；Vinc—在电缆与光纤收发器或终端电阻节点的出射信号电压尺寸。
具体测量法如下图3所显示。比如，由试验测出2.5MHz的出射信号正弦波形的峰-最高值为 5V，反射信号的峰-最高值为 0.297V，则其通信电缆在2.5MHz的通信速度时，它反射损耗因素为：
RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB
要变弱反射信号对通信线路产生的影响，一般采用噪声抑制和加参考点电阻的方式。实际应用中，针对较小的反射信号，为简单实用，经常采用加参考点电阻的方式。在通信线路中，怎么通过加参考点电阻器提升通信稳定性的基本原理。
2、在通信电缆里的信号损耗
第二个危害信号传输的因素是信号在电缆的传输环节中损耗。一条传输电缆可以把它看得出由接触电阻、划分电感器和电阻器协同所组成的闭合电路，如下图所示。
电缆的接触电阻C一般是由五类双绞线两条平形输电线造成。导线的电阻在这儿对信号的影响很小，忽略不计。信号损失主要是因为电缆的接触电阻和遍布电感器所组成的LC带通滤波器。PROFIBUS使用的LAN基本型二芯电缆（西门子系统为DP总线所选用的规范电缆），在各个串口波特率时候的透射系数见表1所显示。
电缆的透射系数
3、在通信电缆里的纯阻负载
危害通信特性的第三个因素全部是阻性负载（又叫直流电负载）大小。这儿指的是纯阻性负载主要是由终端电阻、参考点电阻和RS-485光纤收发器三者组成。
在描述EIA RS-485标准时曾提到过RS-485控制器在带着32个节点，配备了150Ω终端电阻的情形下，至少可以导出1.5V的差分信号工作电压。一个信号接收器的输入阻抗为12kΩ，全部互联网的闭合电路如下图5所显示。按这种测算，RS-485驱动器的负载能力为：
RL=32个键入电阻并联2个终端电阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32） （150/2））≈51.7Ω
如今经常使用的RS-485控制器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489及其和利时企业使用的SN75176A/D等，其中有的RS-485控制器负载水平能够达到20Ω。在不考虑其他多种因素的情形下，依照带负载能力和负载之间的关系测算，一个控制器能带节点最大数量将远大于32个。
在通信串口波特率相对较高的情况下，在线路上参考点电阻器是非常有必要的。参考点电阻的连接方式如下图6。它的作用是在线路进到空余状态后，把总线上无数据时（空余方法）的脉冲信号拉离0电平，如下图7。这样一来，即便配电线路中存在较小的反射信号或影响，建空在总线上的数据信号接收器都不会由于这类信号的来临而出现错误操作。
经过下边后事例了，能够算出参考点电阻的大小：
终端电阻Rt1=Rr2=120Ω；
假定反射信号最大的一个峰-最高值Vref≤0.3Vp-p，则负半周期电压Vref≤0.15V;终端电阻器上由反射信号所引起的反射电流量Iref≤0.15/(120||120)=2.5mA。一般RS-485光纤收发器（包含SN75176）的落后电流值（hysteresis value）为50mV，即：
（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV
因此能够算出参考点电阻器所产生的偏置电流Ibias≥3.33mA
5V=Ibias(R往上拉 R往下拉 （Rt1||Rt2）) （2）
通过式2能够算出R往上拉=R往下拉=720Ω
实际应用中，RS-485总线加参考点电阻器有两种方法：
（1）把参考点电阻器均衡分给总线上的每一个光纤收发器。此方法给建空在RS-485总线上的每一个光纤收发器添加了参考点电阻器，给每一个光纤收发器都加了一个偏置电流。
（2）在一段总线上仅用一对参考点电阻器。此方法对总线中存在大一点的反射信号或影响信号比较有效。需要注意的是参考点电阻器的加持，增强了总线的负载。
RS-485总线的负载水平和通讯电缆长短相互之间的关系
在规划RS-485总线所组成的网络配置（总线尺寸和带负载数量）时，应该考虑到三个主要参数：纯阻性负载、信号损耗和噪声容限。纯阻性负载、信号损耗这俩主要参数，在之前已经讨论过，今天要关注的是噪声容限（Noise Margin）。RS-485总线信号接收器的噪声容限至少应该超过200mV。前边的论述者要在假定噪声容限为0的情况下进行的。实际应用中，为了保证总线的抗干扰性，总希望系统的噪声容限比EIA RS-485标准下要求的好一些。从下面的公式能看出来总线带负载多与少和通讯电缆长短相互之间的关系：
Vend=0.8(Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias)(3)
在其中：Vend为总线末端信号工作电压，在合理测量时界定为0.2V；Vdriver为驱动器的电压（与负载数相关。负载数在5～35个中间，Vdriver=2.4V；当负载数低于5，Vdriver=2.5V；当负载数大于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss为信号在总线里的传输过程的消耗（与通信电缆规格和尺寸相关），由表1给予的要求电缆的透射系数，依据公式计算透射系数b=20lg(Vout/Vin)能够算出Vloss=Vin-Vout=0.6V(注：通信串口波特率为9.6kbps，电缆长短1km，假如特率增加，Vloss会相应扩大)；Vnoise为噪声容限，在合理测量时界定为0.1V；Vbias是通过参考点电阻器所提供的偏置电流（标称值为0.4V）。
式（3）中乘于0.8是为了使通讯电缆无法进入满负荷情况。从式（3）能够得知，Vdriver大小和总线上带负载数字的是多少反比，Vloss大小和总线长短反比，其他一些主要参数只跟使用的控制器种类相关。因而，在选定了驱动器的RS-495总线上，在通信串口波特率一定的情况下，带负载数字的是多少，与信号能传输的主要距离密切相关的。实际联系是：在总线允许的情况下，带负载数越多，信号能传输之间的距离就越少；带负载数据信息少，信号能传输之间的距离直接发越来越远。
接触电阻对RS-485总线传输的影响
电缆的接触电阻主要由五类双绞线两条平形输电线造成。此外，输电线与地中间也存在着接触电阻，虽然很小，但分析时也不容忽视。接触电阻对总线传输的影响，根本原因是总线上传输是指基波信号，信号的表达方式仅有“1”和“0”。在特殊字节数中，比如0x01，信号“0”促使接触电阻有充足的电池充电时间，而信号“1”来临时，因为接触电阻里的正电荷，赶不及充放电，(Vin )—(Vin-)-还超过200mV，结论使接纳误以为是“0”，而进而导致CRC校检不正确，全部数据帧传输不正确。具体过程如下图所示。
因为总线上遍布危害，造成数据信息传输不正确，从而使得全部系统性能减少。解决这些问题有两种方法：
（1）减少数据信息传输的串口波特率；
（2）应用接触电阻小一点电缆，提升传输线品质。
仅仅用一对五类双绞线将各个接口A、B端相互连接，而错误RS-485通信链路的信号接地装置，某些情况下还可以工作中，但给系统软件埋下了隐患。RS-485插口选用差分信号方法传输信号并不一定针对某一参照点来测试信号系统软件，仅需检验两条线间的电势差就行了。但应该注意的是光纤收发器只会在共模电压不超出一定范围(-7V至 12V)条件下才能正常工作中。当共模电压超过此标准，就会影响到通信的靠谱直到毁坏插口。如下图1所显示，当传输器A向信号接收器B传送数据时，传输器A输出共模电压为VOS，因为两个系统具备各自独立的接地保护存有碰地电势差VGPD，那样信号接收器键入端共模电压就会达到VCM=VOS VGPD。RS-485标准VOS≤3V，但VGPD可能有很大幅(十几伏乃至数十伏)，这可能会伴随强影响信号导致信号接收器共模键入VCM超过正常的围，在信号网上产生干扰电流量影响工作通讯，或损坏设备。
汇总：
串口通信是一种非常通用硬件接口，是仪器仪表设备常见的串行通讯接口，主要用于远程控制数据采集设备数据信息或是完成远程操作。串口通信的研发也非常简单，是许多技术工程师最喜爱的插口之一。