数字通信中的电平标准与串行通信协议详解：TTL、CMOS、RS-232与RS-485的对比

我们常说的串口（UART）是一种通信协议，单片机或者主控设备将数据通过UART协议发送至物理接口。单片机通常发出的数据电平采用的是TTL电平标准，而数据在实际空间传输中使用的是RS-232或者RS-485电平标准。此外，CMOS电平也常用于数字电路中，具有低功耗和高噪声容限的特点，适用于多种电压等级。在实际应用中，CMOS电平与TTL电平可以相互兼容，但需要确保电压范围符合要求。因此，通常会在单片机外围使用TTL转RS-232芯片、RS-485芯片或者电路来实现传输，以适应不同的通信需求和环境。

TTL电平标准

TTL 是一种数字电路的电平标准，定义了逻辑“1”和“0”的电压范围。

TTL电平标准虽然有抗干扰能力差和传输距离短的缺点，但它的简单性和低成本使其在短距离、低速率的数字电路中仍然非常流行。

逻辑电平定义

        逻辑"1"（高电平）：电压范围为 2.4V 至 5V。

        逻辑"0"（低电平）：电压范围为 0V 至 0.8V。

        TTL电平的高低电平范围是固定的，不会随环境变化而改变。

通信方式

        单端信号：信号通过单一导线传输，另一端接地。

        适用场景：通常用于短距离、低速率的数字电路和芯片之间的通信。

优点

        简单：电路设计和实现相对简单。

        成本低：TTL电平的芯片和组件价格低廉，适合大规模应用。

        兼容性好：TTL电平是早期数字电路的标准，与许多旧设备兼容。

缺点

        抗干扰能力差：单端信号容易受到电磁干扰（EMI）的影响。

        传输距离短：信号在长距离传输时会衰减，导致误判，通常在几十厘米范围内。

        功耗较高：TTL电平的逻辑门在工作时会消耗较多电流。

应用场景

        微控制器与外设通信：例如，Arduino开发板的数字引脚通常使用TTL电平。

        传感器接口：许多传感器（如温湿度传感器、光敏传感器）使用TTL电平与控制器通信。

        实验电路：TTL电平是学习数字电路的基础，常用于教学和实验。

实际应用中的注意事项

        信号完整性：在设计电路时，应尽量减少信号线的长度，以减少信号衰减和干扰。

        电平转