01----RS485与RS232通讯协议

我和玲佑有个约

第一：硬件层协议

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8 w1 y, H- b, m+ B9 q. n通讯协议主要是实现两个设备之间的数据交换功能，通讯协议分硬件层协议和软件层协议。硬件层协议决定数据如何传输问题，比如要在设备1向设备2发送0x63，0x63的二进制数为0110 0011，这8个二进制数从设备1传输到设备2，涉及到1怎么传，0怎么传的问题，这就是硬件层要解决的问题。
硬件层协议目前比较多见的有RS-232、RS-485、SPI、IIC等。RS-232规定，线上的电压为x伏都表示传输的是0，y伏传输的则是1。再者，比如要选择多少条线传输数据，选择什么材质的线传输输入，这些也属于硬件层协议约束的。
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第二：RS-485通讯协议
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MCU管脚输出TTL电平,TTL电平的意思是，当MCU管脚输出0电平时，一般情况下电压是0V，当MCU管脚输出1电平时，电压是5V。因TTL电平的是由一条信号线，一条地线产生，信号线上的干扰信号会跟随有效信号传送到接收端，使得有效信号受到干扰，485通讯实际上是把MCU出来的TTL电平通过硬件层的一个转换器芯片进行转换:
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把MCU出来的一条的TTL信号经过芯片转换为两根线(线A、线B)上的信号。当MCU给转换器输入低TTL电平时，转换器会使得B的电压比A的电压高，反之，A的电压比B的电压高。
5 E) Z6 a6 N8 t9 U! T/ r: `485协议规约两条电平线上差值为多少表示0或者1，电压是通过仪表可以测量得到的，所以说RS-485是硬件层协议。
485协议的接收端可能是另一个MCU，MCU管脚也只接受TTL电平，转换芯片过来的是两条线的电压，所以需要对此两条线差分电压转换为TTL电平。

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: p% g3 T5 J" q: b+ B6 s把TTL转为485，实质是一个集成芯片，其间无任何程序代码，纯粹硬件逻辑。同理，将485电平转为TTL也是如此。现在很多芯片把接收和转换都集成到一块IC，注意，转换器和接收器依旧是没有同时工作的，常见的转换芯片是MAX485。
可以这样理解，硬件层协议是公路，路的目的是为了让车辆能够过去。


第三：RS485半双工通讯
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1 \8 ?  x8 D: z: D5 z! Y) Y首先了解什么是单工通讯，单工通讯是指数据只能朝着一个方向传输的通讯方式。而半双工通讯则是指对于通讯两端，不能同时相对方法发送数据，必须错开时间段发送。
* R. g' G: Z6 N; D6 g1 ?# o# lRS-485的通讯线只有2条，且这两条通讯线在一次传输中都需要用到，因此485只可实现半双工通讯。485实现半双工通讯，会遇到一个问题，MCU1向MCU2发数据时，并不知道线上是否正传来MCU2数据，因为没有其他线可用来判断对方的收发状态，那么可能也会导致数据冲突。因此，RS-485要实现半双工通讯，就需要上层的软件协议加以规约，也就是做到”不能你想发数据就发数据”。可以理解，软件层协议就好像交通规则，它能让数据有序传输。
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第四：RS232通讯

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       RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口。现在RS232接口常用于仪器仪表设备，PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。
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' r2 V  S. K" b/ j3 @( S第五：RS232接口形态   
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, L3 h) f$ [. s; l6 Q5 {+ Y按照引脚数量分类有两种：
8 d! R$ j  a- n/ z5 Y; ^1 X25pin–DB25 协议标准推荐的接口类型
由于接口物理尺寸较大，很少使用，此处不做具体介绍。
& Z; u4 |! F0 G+ w( F9pin—DE9（通常误叫做DB9） 自IBM PC/AT开始改用9针连接器起，目前是主流接口形态。9针RS232接口按照接口类型，又可以分为：
4 L9 H0 C4 x# R- A" U公头（Male）：带针脚
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$ t& n3 d# Z) F) M母座（Female）:带孔座
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其中DTR/DSR和RTS/CTS用于硬件流控。
9 U  }) ]$ p- v: X  ~      DTR/DSR状态表明DTE和DCE处于可用状态，有时候设备上电这两个信号即有效，表示设备本身可用使用，但要开始进行数据传输通讯，则需要RTS/CTS流控信号。
      RTS即DTE发送数据时，该信号有效（ON），向DCE请求发送数据；CTS是对请求发送RTS信号的响应，当DCE已经准备好接收数据时，该信号有效（ON），通知DTE可用使用TXD发送数据了。
比如A向B发送数据简单如下逻辑：
) \+ K' z+ }# J% [1 DA先设置RTS为1，表示要发数据给B
3 y) x7 p' }6 C& n8 D1 LB检测到RTS为1，先看看自己是否准备好：
/ }& \! G9 e' t# J如果准备好，就设置CTS为1表示A可用发数据给B了
( Z: }! o4 ~& Q; z, f如果没有准备好，继续处理自己的数据。弄完了，再将CTS设置为1，让A发数据
A发现CTS置1了，将数据通过TXD信号线发送出去
A每发送一次数据给B之前，都会继续上面的逻辑
: V' e7 v1 W$ [8 a0 {A发送完数据后，就将RTS置0，表示数据发送完毕

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0 g- [* U, A5 H第六：RS232硬件连接方式
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3 q' [2 `4 t! l4 o9 C
- s4 a; z5 b) ]7 `连接分为3种
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第一种：9线方式连接示意图
6 c& `/ ~- L5 }, Q1 R' n


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" f3 ]) ?" L: m* ~
第二种：5线方式连接示意图
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3 a" Y+ ]1 |9 o, Z' B& V


* K9 Y, L# ]& M1 Z' B6 ?
9 h1 X0 f' ~- g& q1 Z$ l3 }9 V第三种：3线式连接示意图
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, _7 ~- a, p' s- V; j4 P0 C2 H
) p  P1 J  P! W, b注：3线连接中，DTE使用TXD和RXD两条数据线，无法实现硬件流控功能，在做大量数据传输应用时，建议使用5线或9线连接方式。
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' W+ q0 l0 |3 s1 z* [8 k4 b+ i第七：电平及时序

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0 Q$ r1 i4 D8 I9 I! U. ?. q下图是使用RS232接口按照UART串口协议进行传输，UART协议具体请参考 UART详解。图中传输的数据为0100 1011b 即0x4B，按照1bit开始位，8bit数据位，1bit停止位格式传输。
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1 }: z  u; L; D/ A" b% l/ |第八：最大通讯距离及速率

, R8 N/ j6 j2 H8 ~8 @* @; S, _协议最初规定设备最大速率为20kbps。
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注：协议规定最大速率为20kbps，现在看来这个速率已经很低了。一些芯片制造商已经做出了高速率的芯片驱动，具体速率上限请查看器件手册。

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