串列埠，COM口，UART，USART

本文主要簡述串列埠，COM口，UART，USART之間的聯絡和區別，另外也講述了串列埠的RS-232電平和TTL電平，以及微控制器與電腦之間的串列埠連線方式。

串列埠

      串列埠，即序列介面，與之相對應的另一種介面叫並口，並行介面。兩者的區別是，傳輸一個位元組（8個位）的資料時，串列埠是將8個位排好隊，逐個地在1條連線線上傳輸，而並口則將8個位一字排開，分別在8條連線線上同時傳輸。

      在相同的資料傳輸速率下，並口的確比串列埠更快，但由於並口的各個連線線之間容易互相干擾，高速情況下難以同步各連線線的資料，而且硬體成本也相對串列埠更高（線多），因而串列埠取代並口成為了現在的主流介面，較具代表性的要數Universal Serial Bus，通用序列匯流排，也就是USB。其它在嵌入式領域常見的序列介面還包括：I2C，SPI，RJ-45，UART，USART等。

 

COM口

      電腦上的非同步序列通訊介面，有時也稱之為串列埠（其實這個叫法並不嚴謹）。電腦COM口使用DB9聯結器，遵循RS-232標準，RS-232規定了通訊口的電氣特性（比如多少伏為邏輯“1”）和介面機械特性（形狀，針腳定義）等內容。COM口多見於舊式電腦，用於連線滑鼠，調製調解器等裝置，現在已被USB取代。

 

UART與USART

       UART，全稱Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收發傳輸器。

      USART，全稱Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步非同步收發傳輸器。

      兩者都是一個資料收發器，屬於硬體電路範疇。UART使用非同步通訊，而USART既可非同步通訊，也可同步通訊。當USART使用非同步通訊時，就變成了UART。微控制器的串列埠指的就是UART或USART。

      同步通訊和非同步通訊的區別是：時鐘線的有無。同步通訊有時鐘線，收發雙方通過統一的時鐘來確定何時進行資料的傳輸，如I2C和SPI。非同步通訊沒有時鐘線，只能在資料的頭和尾加入標誌位來區分不同的資料幀，接收資料之前也要預先知道波特率的大小，傳輸效率比同步通訊要低。

 

串列埠、RS-232與TTL

      前面講過，RS-232是一個序列通訊介面標準，它規定了邏輯“1”為-3 ~ -15V，邏輯“0”為+3 ~ +15V，符合該標準的串列埠也叫RS-232串列埠，比如電腦的COM口。那麼，還有不符合RS-232標準的串列埠？答案是肯定的，那就是微控制器（如stm32）的UART/USART，這個也叫串列埠，但它不遵循RS-232標準，使用的是TTL電平（Transistor-Transistor Logic），該電平的邏輯“1”為+5V，邏輯“0”為0V，稱為TTL串列埠。

      需要注意的是，串列埠、UART/USART通常指的是硬體介面，而RS-232指的是屬於物理層範疇的序列通訊介面標準，簡而言之，RS-232就是個標準。

 

微控制器與電腦的連線

      既然微控制器有串列埠（UART/USART），電腦也有串列埠（COM口），那麼兩者就可以通過串列埠進行通訊。

     如果電腦有實體COM口，由於COM口使用的RS-232電平跟微控制器的UART/USART使用的TTL電平不一樣，這時就需要使用MAX232之類的電平轉換晶片，將TTL電平轉換成RS-232電平，連線示意如下：

電腦COM口 <---> MAX232 <---> 微控制器UART/USART

      如果電腦沒有COM口，就要通過CH340之類的USB轉TTL串列埠晶片，來實現用USB模擬COM口，這樣電腦的USB口就變成了一個TTL串列埠，可以跟微控制器的UART/USART通訊，連線示意如下：

電腦USB口 <---> CH340 <---> 微控制器UART/USART

參考：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%B2%E8%A1%8C%E7%AB%AF%E5%8F%A3
https://zh.wikipedia.org/wiki/UART
https://zh.wikipedia.org/wiki/RS-232
https://www.edn.com/electronics-blogs/embedded-basics/4440395/USART-vs-UART--Know-the-difference