0 前言
最近有点想研究USB协议，正好也看到有评论说对如何选择USB转串口模块有些疑惑，其实我也一直很想写一篇关于串口的总结式的文章，借此契机来完善一下。
1 一个通信的协议的组成
所谓通信协议，顾名思义，其本质就是一个协议，即一个约定，大家约定好通信的一些标准，这样大家就能根据这个标准来设计并生产产品，而避免了A产品不兼容B这样的情况发生。
那不妨先想一下，一个通信协议需要规定哪些内容呢？
一般来说，主要包括三个方面：
- 物理属性 主要是约定插头或接口的外在特性。包括这个插头长啥样（物理形状），有几个引脚（引脚定义）等等。
- 逻辑属性 逻辑属性主要是约定这个协议传输数据时的时序。因为在实际传输数据过程中，并不是直接把需要传输的数据依次传输的，这样接收端就不知道从哪里开始接收，数据传输就会错乱，因此往往是把数据切分为小块然后加上一些固定的字符，组成“一帧”，再传输，同样接收端也按照约定好的帧格式来进行解析。这样数据传输才能有序进行。
- 电气属性 在常见的串行数据传输协议中，都是传输数字信号，即用0 和 1来表示需要传输的数据，因此就需要明确多少电压代表0，多少电压代表1。
以下的内容也将按照上述思路来进行展开。
最后，再简单解释一些基本名词的概念：
- 单工：指信息传输是单向的，只能由A到B，不能B到A
- 双工：信息传输是双向的，A B之间可以交互信息
- 半双工：首先信息传输是双向的，但不能同时进行，即要么A给B传，要么B给A传，二者不能同时进行。
- 全双工：不仅信息传输是双向的，还可以同时进行。
2 常用协议名词解释
2.1 UART
对于玩单片机的同学来说，UART可能是接触的最早的串行通信协议了，基本每个单片机都有TXD，RXD两个引脚，此即所谓的Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，异步串行通信。
- 物理属性：接口方面一般没什么要求，可以根据自己的需求自定义，但一般来说是三根线：RXD，TXD，GND，有时会加上电源信号VCC。
- 逻辑属性：即数据传输时的时序，这个可能是我们最关注的信息了。也是代码编写的主要内容体现：设置波特率、设置几位数据位，是否有奇偶校验等，即所谓的配置串口。
- 电气属性：采用正逻辑电平，即5V/3.3V为1；0V为0。这即是所谓的TTL电平，所以一般来说，单片机串口也叫TTL。
实际上现在大多数单片机使用的都是CMOS电路，电平容限比TTL要大一些，但由于TTL出现较早，目前仍然把这种电平称为TTL电平。
总结：
UART没有规定接口的具体样式，只是规定了引脚，所以在实际使用中比较灵活。但是引脚的电平要注意和单片机的电源保持一致，要注意区分3.3V和5V。UART是单片机中的基础外设，一般称之为串口，通过USB转TTL模块可以实现单片机与上位机之间的通讯。
2.2 RS-232
RS-232其实是出现比较早且应用较为广泛的标准。由美国电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA）联合多家公司于1970年制定，目前最新的标准是RS232C（前面是A和B）。所谓RS，即Recommended Standard，推荐标准，232为标识号。
- 物理属性：RS232规定了25根线，但其实常用的只有9根线（另外16根线包括：①9根线电流环信号，目前很少设备使用这些引脚；②6个空引脚；③一个保护地信号），这也是为什么目前很多RS232的接口都是DB9，而很少见到DB25的插头。DB9插头如下图所示。
形状和VGA接口很像，但只有9个针脚。这9个针脚定义如下所示
| 简写符 | DTE25芯（公） | DCE25芯（母） | DTE9芯（公） | DCE9芯（母） | 信号功能解释 |
|---|---|---|---|---|---|
| TXD | 2 | 3 | 3 | 2 | 发送数据 Transmit Data |
| RXD | 3 | 2 | 2 | 3 | 接收数据 Receive Data |
| GND | 7 | 7 | 5 | 5 | 信号地 Ground |
| RTS | 4 | 5 | 7 | 8 | 请求发送 Require to Send |
| CTS | 5 | 4 | 8 | 7 | 清除请求 Clear to Send |
| DSR | 6 | 20 | 6 | 4 | 数据装置就绪 Data Set Ready |
| DCD | 8 | 8 | 1 | 1 | 接收线信号检测 Data Carry Detected |
| DTR | 20 | 6 | 4 | 6 | 数据终端准备好 Data Terminal Ready |
| RI | 22 | 22 | 9 | 9 | 振铃指示 |
其中，前面三根线为必须的线，后面6根线其实都是流控信号，在实际使用时其实不一定会使用。
- 逻辑属性：值得一提的是，RS232的时序其实和上面提到的UART是一样的，也需要设置波特率、数据位、校验位、停止位等。但是需要注意的是，RS232波特率设置一般不超过19200，因为RS232传输的上限为20kbps。
- 电气属性：RS-232采用负逻辑电平，逻辑1：-15V ~ -3V 逻辑0：+3V ~ +15V
总结
RS-232是一种全双工通信方式，时序和UART相同，只是电气属性存在差异。此外，它只能实现单点通信，且最大通信速率为20kbps，最大通信距离为15m。
2.3 RS-485
- 物理属性：RS-485是通过差分线路传输，所以一般是需要两根线（最多加上一个参考地线），一般是使用双绞线，这样可以尽可能减少干扰。也因此其传输距离要更远，可以达到4000英尺（约1219米），最高传输速率可以达到10Mbps（40英寸内，约12.2米）
- 逻辑属性：由于是差分信号线，所以要看两个引脚之间的电压之差，从而来判断是逻辑0还是逻辑1。
- 电气属性：这两根线一根是A，一根是B，要求这两根线上的电压为-7 ~ +12V，发送端要求至少提供1.5V的差分电压，而接收端要求两根线上的压差至少为200mV，当AB线压差≥200mV时，识别为逻辑1；当AB线压差＜200mV时，识别为逻辑0.
总结
相比于RS-232的单点通信，RS-485支持总线通信，总线上最大可以挂载32个设备（这个数字好像和总线阻抗大小有关）。RS-485属于半双工通信协议。
2.4 RS-422
RS-422其实就是两组485，一对发一对收，因此需要4根线，实现了全双工通信。但是其实RS-422是基于RS-232提出的，比RS-485要早一些。虽然422和485都是差分信号传输，但它的电气特性和485有所差别。
RS-422也支持总线挂载多个设备，但没有485那么多，只支持10个设备，最大传输距离与最大传输速率和RS485一样。
2.5 比较
3 常用的芯片
USB转串口常用的芯片有CH340，CP2102、FT232、PL2303，这些都是可以直接使用的，具体用法建议参考官方的手册，主要是看其中的示例电路用法。
而MAX232需要注意的是，它的作用是电平转换，即把TTL电平和RS-232电平进行互转，因此一般还需要再接一个USB转串口的协议才能和电脑USB进行通信。