搞懂TTL、RS232、485通信协议！

本文介绍了TTL、RS232和RS485这三种常见的通信协议的传输距离、应用场景以及影响通信距离的各种因素。TTL是一种短距离通信标准，通常用于同一电路板内的通信；RS232是一种传统的串行通信协议，适用于点对点通信，传输距离有限；而RS485则是一种抗干扰能力强、适用于长距离和多点通信的协议，广泛应用于工业控制等领域。文章还探讨了波特率、连接线质量和干扰因素如何影响这些协议的实际传输距离，并提供了如何优化传输性能的建议。

 

 

TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）是一种数字电路的电平标准，用于表示逻辑状态。TTL电平的定义基于电压大小：逻辑低电平（0）：当电压在0V 到 0.8V 之间时，表示逻辑“0”或低电平。
逻辑高电平（1）：当电压在2V 到 5V 之间时，表示逻辑“1”或高电平。典型的TTL电平标准中，5V 被认为是标准的高电平电压。
例如，在STM32单片机的串口引脚输出中，3.3V 就是高电平。虽然传统TTL标准通常基于5V电压，但随着技术的发展，不同设备使用的电压逐渐降低，例如现代的DDR5内存使用的供电电压仅为1.1V。你可能会问，什么是逻辑电平？

 

 

逻辑电平指的是用特定电压表示的电路状态，通常表示为“0/1”或“开/关”或“LOW/HIGH”等。随着电子技术的进步，尤其是在低功耗和高速设计中，逻辑高电平的电压越来越低，但其本质依然是通过电压的变化来表示数字信号的状态。

 

RS232（全称EIA-RS-232）是一种由 EIA（Electronic Industries Alliance，美国电子工业协会）制定的串行通信标准。RS 代表推荐标准（Recommended Standard），而 232 是该标准的标识号。RS232标准自推出以来有多个版本，包括 RS232A、RS232B、RS232C、RS232D、RS232E 和 RS232F 等，当前最常用的是 RS-232C 版本。最初，RS232主要用于与调制解调器（modem）连接，因此其引脚定义与调制解调器的数据传输密切相关。RS232标准早期常使用25针连接器（DB25），这一接口曾广泛应用于打印机、传真机等设备，但如今已经很少见了。

 

 

现在，RS232更常用的连接器是 DB9，相信大家对这种接口不陌生。尽管 DB9 提供了9个引脚，但在大多数应用中，通常只会使用到其中的 2、3、5 脚。以下是 DB9 接口的引脚定义及其功能：
 

编号	定义	功能
1	DCD	数据载波检测
2	RXD	数据接收
3	TXD	数据发送
4	DTR	数据终端准备好
5	GND	信号地
6	DSR	数据设备准备好
7	RTS	请求发送
8	CTS	清除发送
9	RI	振铃提示

 

尽管现在很多电脑的后面板上依然保留 DB9 接口，但由于USB等更先进的接口技术的普及，RS232接口逐渐被边缘化。然而，在一些嵌入式系统、工业控制和老式设备中，RS232仍然是常见的通信接口。甚至在主板上，有时依然会找到预留的 DB9 接口，尤其是在一些工业计算机或嵌入式平台上。

 

 

RS485 可以说是在 RS232 的基础上发展而来的，旨在增加抗干扰能力和信号传输距离。RS232采用单端电压来表示逻辑电平，比如±15V来代表逻辑高低电平。而RS485则采用差分电压，即通过两根信号线（A和B）上的电压差来表示逻辑高低电平。通过这种差分传输方式，RS485能够显著提高抗干扰能力，适合在电磁干扰较大的工业环境中使用。另外，RS232 支持 全双工（Full-Duplex）通信，即可以同时进行数据的发送和接收。而 RS485 通常工作在半双工（Half-Duplex）模式，即发送和接收不能同时进行，需要在发送和接收之间切换。这种半双工模式使得RS485能够在多个设备之间共享同一通信线路，从而实现多点通信。

 

总的来说，RS485在信号传输上具有更长的距离（最大可达1200米），并且由于其差分信号的特点，它在抗干扰和多点通信方面优于RS232，因此被广泛应用于工业自动化、远程控制和数据采集等场景。

 

 

在大学时，可能老师会告诉你：RS232的传输距离为15米，或者你在书籍上看到RS485的传输距离为1200米。然而，通信传输距离受多种因素影响，实际传输距离往往与理论值有很大差异。例如，在某些情况下，RS485即使传输500米也可能出现问题。
传输距离受到通讯方式、波特率、连接线质量、干扰等因素的影响。以串口（UART）通信为例，这些因素都会直接影响信号的稳定性和传输距离，因此实际应用中，传输距离常常低于理论最大值。

 

 

 

这里提到的通讯方式，指的是标题中提到的“TTL、RS232、485”等不同的通信协议。在实际应用中，它们的通信距离和适用场景各有不同，通常情况下TTL < RS232 < RS485，其主要区别体现在通信方式、距离和抗干扰能力上。TTL（Transistor-Transistor Logic）传输距离：通常为1-2米。应用场景：TTL主要用于同一电路板内的通信，适合短距离和低速率的串行通信。例如，芯片A与芯片B之间的串口通信，通常在同一块电路板或设备内部。因为TTL信号没有差分电压，抗干扰能力差，所以不适合长距离传输。RS232（Recommended Standard 232）传输距离：通常为10-15米，最高可达20米，但随着距离增加，传输质量会下降。应用场景：RS232用于设备与设备之间的点对点通信，广泛应用于串口设备之间的连接，通常使用DB9或DB25连接器，或通过两根信号线进行通信。尽管RS232传输距离有限，但它依然被广泛应用于工业设备、POS机、调制解调器等设备之间的通信。RS485（Recommended Standard 485）传输距离：可达到1200米，且随着传输速率降低，传输距离可以进一步延长。应用场景：RS485广泛应用于工业控制和自动化领域，尤其是在多点通信系统中。RS485采用差分信号传输，抗干扰能力强，适合长距离、多设备的连接。一个常见的应用就是在工业控制系统中，多个设备（如PLC、传感器、调节器等）可以通过一条RS485总线进行通信，支持长距离（如几百米甚至上千米）且多设备并行工作。比如，RS485广泛应用于楼宇自动化、监控系统、智能仪表等领域。

 

 

 

波特率（Baud Rate）指的是每秒钟传输的符号数，通常用于衡量通信速率。1波特等于每秒传输1个符号。你可以理解为传输信号的快慢，常见的串口波特率例如9600bps。波特率越高，信号的频率也越高，传输速度就越快，但与此同时，传输的距离通常会变短，因为高频信号容易受到衰减和噪声干扰。例如，RS232的波特率可以非常高，比如115200bps，但如果在这个波特率下进行通信，RS232的传输距离可能就会受到限制，通常在10米左右就会出现信号衰减和误码现象。这是因为随着波特率的增加，信号频率变高，衰减和干扰影响更显著，尤其是在长距离传输时。因此，在选择波特率时，需要综合考虑传输距离和信号质量，通常在长距离通信时使用较低的波特率（如9600bps或19200bps），以确保稳定的传输。
 

 

 

连接线是影响通讯距离和信号质量的一个关键因素。连接线的材料（如铜、铝、铁）、粗细、是否带有屏蔽层等都会直接影响信号传输的稳定性和距离。比如，优质的铜线比铝线或铁线具有更低的电阻和更好的导电性，从而减少信号的衰减。而线缆的粗细也会影响传输距离，较粗的线缆通常具有较低的电阻，可以支持更远的传输距离。在干净的环境（如实验室或办公室）中，连接线的影响可能不太明显，因为这些地方的电磁干扰较少，信号衰减也不明显。但在复杂的环境（如工厂、尤其是大型机械设备较多的环境）中，电磁干扰和噪声问题非常严重，信号衰减和误码可能会显著增加。此时，连接线的质量尤为重要。RS485采用差分信号传输，相比RS232的单端信号更具抗干扰能力。在工业环境中，RS485通常使用双绞线，并且高质量的线缆还带有屏蔽层，能够有效减少外界电磁干扰，确保信号传输的稳定性和可靠性。因此，RS485在复杂环境中表现更为出色，尤其是在工业控制和自动化系统中，能提供更远的传输距离和更强的抗干扰性。

 

 

 

在工业产品中，通信的稳定性不仅与协议和连接线有关，干扰因素也是一个至关重要的考虑点。特别是在工业环境中，EMC（电磁兼容）要求非常高，且通信系统面临各种电磁干扰（EMI）和噪声的挑战。比如，在一个工厂车间，如果旁边的一个大型机械设备突然启动，可能会导致你的通信链路失效，甚至引发芯片复位或系统死机等问题。
即使你以为RS485的传输距离可以达到1200米，在干扰严重的环境下，可能200米的通信距离就已经面临失败。这是因为大型机械设备和电气设备会产生强烈的电磁干扰（EMI），严重影响信号的稳定性。