UART串口通信协议有哪些？

通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）本身是一种硬件通信协议，它定义了在物理层进行异步串行通信的基本规则（如数据帧格式、波特率等）。在实际应用中，UART 通常需要配合物理电平标准和更高层的应用层协议来实现完整通信。以下是常见的与 UART 相关的通信协议和标准：

一、物理层电平标准协议

这些协议定义了 UART 使用的电气特性和接口规范：

TTL UART：
- 说明：最基础的电平标准，使用晶体管-晶体管逻辑电平（通常 0V 代表逻辑 0，3.3V 或 5V 代表逻辑 1）。
- 特点：信号电压与芯片工作电压一致，通信距离很短（通常小于 1 米），主要用于板级芯片间通信（如微控制器和传感器、蓝牙/WiFi模块之间）。
RS-232：
- 说明：应用最广泛的串行通信标准之一，定义了正负电压（如 +3V 至 +15V 代表逻辑 0， -3V 至 -15V 代表逻辑 1）。
- 特点：抗干扰能力较强，通信距离可达几十米。常用于连接计算机（COM口）、工业设备（PLC、工控机）、调制解调器等。需使用 DB9 或 DB25 连接器。与 UART 的区别：UART芯片产生TTL信号，RS-232收发器将TTL信号转换为RS-232电平信号进行传输。
RS-422：
- 说明：差分信号传输标准（两条信号线传输相反的信号）。
- 特点：抗共模干扰能力极强，通信距离可达上千米（波特率降低），支持多点通信（一主多从）。比 RS-232 更快更远。
RS-485：
- 说明：RS-422 的改进版，也是差分信号标准。
- 特点：支持真正的多点通信网络（多台设备共享总线），抗干扰能力强，通信距离远（可达1200米）。是目前工业自动化领域应用最广泛的总线标准之一，常搭载应用层协议如 Modbus。

二、运行在 UART 之上的应用层协议

这些协议利用 UART（及其物理层如 RS-232/RS-485）作为数据传输通道，定义了数据的组织方式、命令含义和交互流程：

Modbus (Serial)：
- 说明：工业自动化领域最经典、应用最广泛的应用层通信协议。
- 变种：
  - Modbus RTU (Remote Terminal Unit)：使用二进制编码，高效紧凑，是 Modbus 在串行链路（RS-232/RS-485）上的主要实现方式。
  - Modbus ASCII：使用 ASCII 字符编码（可打印字符），调试方便但效率较低。
- 特点：主从式架构，简单易实现，用于 PLC、传感器、仪表等设备间的数据读写控制。
Profibus DP (Peripheral Bus, Decentralized Periphery)：
- 说明：另一种在工业自动化（特别是过程控制）中广泛应用的现场总线标准。
- 底层物理层：通常使用 RS-485（也可用光纤）。
- 特点：功能丰富，性能较高，适用于复杂的控制系统。包含物理层、数据链路层和应用层规范。
HART (Highway Addressable Remote Transducer)：
- 说明：在工业过程控制中使用的混合协议，兼容传统的 4-20mA 模拟信号线。
- 实现方式：在叠加在 4-20mA 直流信号上的 FSK (Frequency Shift Keying) 调制解调信号进行数字通信。物理连接上通常仍需通过 UART/TTL 接口与 HART Modem 芯片通信。
- 特点：允许在已有的模拟线上进行双向数字通信，用于智能变送器和控制器。
SPP (Serial Port Profile)：
- 说明：蓝牙协议栈中的一个配置文件（Profile）。
- 作用：允许蓝牙设备（如手机、电脑）通过虚拟串口方式与其他支持 SPP 的蓝牙设备（如模块、打印机、POS 终端）进行透明的、类似于传统串行电缆的 UART 数据通信。数据本身没有特定格式。
特定设备的私有协议：
- 许多嵌入式设备（如 GPS 模块、GSM/GPRS 模块、特定传感器的控制板）会定义自己专有的命令集和数据格式（基于 ASCII 文本或二进制结构），通过 UART（TTL 或 RS-232）进行通信。需要查阅设备的数据手册了解具体指令和格式。

总结要点

UART 核心：定义异步串行通信的基础帧结构（起始位、数据位、停止位、可选的奇偶校验位）和波特率同步方式。
物理层标准：TTL、RS-232、RS-422、RS-485 定义了如何将 UART 的 TTL 信号转换成适合不同距离和环境要求的物理线路信号。
应用层协议：如 Modbus, Profibus DP, HART 等运行在物理层（或物理层+UART逻辑层）之上，定义了数据的组织规则和交互语义，实现具体的控制或监控功能。
虚拟串口协议：如蓝牙 SPP，在无线环境下模拟传统的 UART 串口通信管道。

因此，当谈论“UART串口通信协议”时，通常指的是UART基础 + 某种物理层标准(如RS-232) + (可选)某种应用层协议(如Modbus RTU)的组合。具体使用哪种协议取决于你的通信需求（距离、环境、设备类型、功能复杂度）。