01----RS485与RS232通讯协议

我和玲佑有个约

第一：硬件层协议
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通讯协议主要是实现两个设备之间的数据交换功能，通讯协议分硬件层协议和软件层协议。硬件层协议决定数据如何传输问题，比如要在设备1向设备2发送0x63，0x63的二进制数为0110 0011，这8个二进制数从设备1传输到设备2，涉及到1怎么传，0怎么传的问题，这就是硬件层要解决的问题。
硬件层协议目前比较多见的有RS-232、RS-485、SPI、IIC等。RS-232规定，线上的电压为x伏都表示传输的是0，y伏传输的则是1。再者，比如要选择多少条线传输数据，选择什么材质的线传输输入，这些也属于硬件层协议约束的。
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第二：RS-485通讯协议

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MCU管脚输出TTL电平,TTL电平的意思是，当MCU管脚输出0电平时，一般情况下电压是0V，当MCU管脚输出1电平时，电压是5V。因TTL电平的是由一条信号线，一条地线产生，信号线上的干扰信号会跟随有效信号传送到接收端，使得有效信号受到干扰，485通讯实际上是把MCU出来的TTL电平通过硬件层的一个转换器芯片进行转换:
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( t% {$ W* N' a/ v2 D
$ W' M/ w1 f6 }3 s8 O- ?7 `把MCU出来的一条的TTL信号经过芯片转换为两根线(线A、线B)上的信号。当MCU给转换器输入低TTL电平时，转换器会使得B的电压比A的电压高，反之，A的电压比B的电压高。
7 V& W0 l. o5 ?, k. V2 _4 h485协议规约两条电平线上差值为多少表示0或者1，电压是通过仪表可以测量得到的，所以说RS-485是硬件层协议。
9 V% ^% ~; j* s* w& G# I  z485协议的接收端可能是另一个MCU，MCU管脚也只接受TTL电平，转换芯片过来的是两条线的电压，所以需要对此两条线差分电压转换为TTL电平。
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把TTL转为485，实质是一个集成芯片，其间无任何程序代码，纯粹硬件逻辑。同理，将485电平转为TTL也是如此。现在很多芯片把接收和转换都集成到一块IC，注意，转换器和接收器依旧是没有同时工作的，常见的转换芯片是MAX485。
可以这样理解，硬件层协议是公路，路的目的是为了让车辆能够过去。


6 g& }  H9 K' s第三：RS485半双工通讯



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2 l; B0 F) d9 U& m1 u

首先了解什么是单工通讯，单工通讯是指数据只能朝着一个方向传输的通讯方式。而半双工通讯则是指对于通讯两端，不能同时相对方法发送数据，必须错开时间段发送。
RS-485的通讯线只有2条，且这两条通讯线在一次传输中都需要用到，因此485只可实现半双工通讯。485实现半双工通讯，会遇到一个问题，MCU1向MCU2发数据时，并不知道线上是否正传来MCU2数据，因为没有其他线可用来判断对方的收发状态，那么可能也会导致数据冲突。因此，RS-485要实现半双工通讯，就需要上层的软件协议加以规约，也就是做到”不能你想发数据就发数据”。可以理解，软件层协议就好像交通规则，它能让数据有序传输。

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, E* \+ S( Q; C- O+ M$ ^2 ~$ r+ m  {
9 N( ]5 A2 o% f# V' Y( F第四：RS232通讯
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2 m/ i+ S# @1 a; x; g
/ h2 z+ Q! @" N! I  `2 T3 ^: V9 i       RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口。现在RS232接口常用于仪器仪表设备，PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。


第五：RS232接口形态   
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, ?- E/ n1 Q6 C, P2 b( S6 ^) B, W按照引脚数量分类有两种：
25pin–DB25 协议标准推荐的接口类型
由于接口物理尺寸较大，很少使用，此处不做具体介绍。
9 C; s6 |* i6 X6 f2 i7 K2 r1 U9pin—DE9（通常误叫做DB9） 自IBM PC/AT开始改用9针连接器起，目前是主流接口形态。9针RS232接口按照接口类型，又可以分为：
公头（Male）：带针脚
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母座（Female）:带孔座
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! z+ a$ n& Q# ?$ c/ Q: O

! x! B/ L6 l/ z& Y% {8 Y其中DTR/DSR和RTS/CTS用于硬件流控。
; P4 v" P8 E1 f" b1 i0 f$ d( @/ h% P9 f      DTR/DSR状态表明DTE和DCE处于可用状态，有时候设备上电这两个信号即有效，表示设备本身可用使用，但要开始进行数据传输通讯，则需要RTS/CTS流控信号。
3 ?& m* C, W% x( H4 H$ C( _7 S      RTS即DTE发送数据时，该信号有效（ON），向DCE请求发送数据；CTS是对请求发送RTS信号的响应，当DCE已经准备好接收数据时，该信号有效（ON），通知DTE可用使用TXD发送数据了。
0 R& L1 E6 F; |$ `. i2 t! A" t9 X9 B' b比如A向B发送数据简单如下逻辑：
A先设置RTS为1，表示要发数据给B
B检测到RTS为1，先看看自己是否准备好：
2 b1 V; O% I1 m' [, K% h+ K如果准备好，就设置CTS为1表示A可用发数据给B了
如果没有准备好，继续处理自己的数据。弄完了，再将CTS设置为1，让A发数据
A发现CTS置1了，将数据通过TXD信号线发送出去
A每发送一次数据给B之前，都会继续上面的逻辑
A发送完数据后，就将RTS置0，表示数据发送完毕


$ L8 u% F/ [+ c! O7 D% z第六：RS232硬件连接方式
, z& X) k; T- Y1 z


连接分为3种
9 w" g! n' v3 p# S9 u. R! H" |6 K

2 X) b8 v& Q" b- E  F/ K3 h/ {9 Q  i第一种：9线方式连接示意图
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; Q5 I* w. I- F* G$ L9 ~; e

第二种：5线方式连接示意图

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+ L3 M" |  T" E5 r* I7 l/ O
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, R/ E, g. R0 f" m第三种：3线式连接示意图



注：3线连接中，DTE使用TXD和RXD两条数据线，无法实现硬件流控功能，在做大量数据传输应用时，建议使用5线或9线连接方式。
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第七：电平及时序
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3 L# W& @2 ]  W; G% W4 A

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下图是使用RS232接口按照UART串口协议进行传输，UART协议具体请参考 UART详解。图中传输的数据为0100 1011b 即0x4B，按照1bit开始位，8bit数据位，1bit停止位格式传输。
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第八：最大通讯距离及速率

3 @, v5 p/ y- p1 |! }4 n/ A协议最初规定设备最大速率为20kbps。

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注：协议规定最大速率为20kbps，现在看来这个速率已经很低了。一些芯片制造商已经做出了高速率的芯片驱动，具体速率上限请查看器件手册。

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