RS232、RS485、TTL 通信协议详解

一、基本概念与实现方式

协议	电气特性	信号类型	传输距离	典型速率	拓扑结构	多设备支持
TTL	0V（低电平）/3.3V或5V（高电平）	单端电压	<0.5米（板级）	可达10Mbps+	点对点	不支持
RS232	±3V~±15V（负逻辑）	单端电压	15米（标准）	20kbps~115kbps	点对点	不支持
RS485	±1.5V~±5V差分电压	差分信号	1200米（理论）	10Mbps（短距）	总线式（多点）	支持（32节点）

二、实现方式与硬件设计

1. TTL通信

   • 实现方式：

     • 直接通过GPIO引脚（如MCU的UART_TX/UART_RX）传输高低电平。

     • 无需额外驱动芯片，但需电平匹配（如3.3V与5V系统间需电平转换器）。

   • 硬件电路：

     • 简单直连（如STM32的UART引脚连接传感器）。

     • 电平转换芯片（如TXB0104）用于不同电压系统间通信。

2. RS232通信

   • 实现方式：

     • 使用电平转换芯片（如MAX232）将TTL电平转换为±12V电平。

     • 线缆需至少3根线（TX、RX、GND）。

     • 只能单向进行数据的输入输出。

   • 硬件电路：

     • MAX232芯片连接MCU的UART引脚，输出端接DB9接口。

     • 长距离传输需屏蔽双绞线，减少干扰。

3. RS485通信

   • 实现方式：

     • 使用差分收发器（如MAX485）将TTL信号转为差分信号。

     • 总线两端需120Ω终端电阻，消除信号反射。

     • 可进行双向额数据输入输出。

   • 硬件电路：

     • MAX485的DI（数据输入）和RO（数据输出）连接MCU，A/B线接总线。

     • 总线采用菊花链拓扑，避免“T”型分支。

三、优缺点对比

协议	优点	缺点
TTL	简单、低成本、高速（板内）	距离短、抗干扰差、不支持多设备
RS232	长距离（15米）、全双工	速率低、需复杂电平转换、仅点对点
RS485	长距离（1200米）、抗干扰强、多点	需终端电阻、半双工需方向控制

四、典型应用场景

1. TTL

   • 场景：MCU与传感器/模块的板级通信（如ESP32与GPS模块）。

   • 示例：Arduino通过UART连接蓝牙模块（HC-05）。

2. RS232

   • 场景：工业设备调试、老式计算机外设（如调制解调器）。

   • 示例：PLC通过RS232连接上位机进行参数配置。

3. RS485

   • 场景：工业自动化、楼宇控制、多节点传感器网络。

   • 示例：温湿度传感器网络通过RS485接入中央控制器。

五、电路设计注意事项

1. TTL设计要点

   • 电平匹配：3.3V与5V系统间需双向电平转换器（如TXB0104）。

   • 信号完整性：短走线（<10cm）、避免平行高速信号线，减少串扰。

2. RS232设计要点

   • 电平转换芯片：MAX232需外接4颗1μF电容（典型电路）。

   • ESD保护：接口添加TVS二极管（如SMAJ15CA），防止静电损坏。

   • 线缆选择：屏蔽双绞线（如Cat5e）降低电磁干扰。

3. RS485设计要点

   • 终端电阻：总线两端必须接120Ω电阻，匹配阻抗。

   • 偏置电阻：在A/B线间添加560Ω电阻，确保空闲状态电平稳定。

   • 方向控制：半双工模式下，MCU需控制收发使能（DE/RE引脚）。

   • 共模滤波：添加共模扼流圈（如DLW21SN）抑制高频噪声。

六、协议对比总结

需求	推荐协议	理由
板内高速通信	TTL	简单、无需转换芯片、成本低
短距离全双工调试	RS232	成熟、兼容性广
长距离工业多节点	RS485	抗干扰、多点支持、传输距离远

七、常见问题与解决方案

1. RS485通信不稳定

   • 原因：终端电阻缺失或线缆分支过多。

   • 解决：检查两端120Ω电阻，采用菊花链布线。

2. TTL电平不匹配

   • 原因：5V设备直接驱动3.3V MCU导致损坏。

   • 解决：添加电平转换器或分压电阻（如1kΩ+2kΩ）。

3. RS232传输误码率高

   • 原因：线缆过长或未屏蔽引入噪声。

   • 解决：改用屏蔽线，降低波特率（如9600bps→4800bps）。