串口通讯、RS232与RS485的本质区别与应用解析

以下文章来源于汽车电子与软件，作者aFakeProgramer

作 者 | aFakeProgramer

出 品 | 汽车电子与软件

摘要

你有没有遇到过这样的情况：两个芯片机明明“心有灵犀”，结果一通电聊天就“鸡同鸭讲”？

不是它们太笨，而是没找对“说话方式”。

在电子世界里，设备之间的沟通也讲究“音量大小”和“口音标准”。最常见的串口通信就像两个人在耳边悄悄话轻声细语（TTL电平），可惜声音传不远，打个喷嚏都能听错。于是，人们发明了“扩音器”——RS232，嗓门一提，十几米外也能喊话清晰。可要是到了工厂这种又吵又远的地儿，光靠吼也不行了，那就得上“对讲机系统”——RS485，不仅抗干扰、传得远，还能一群人组队群聊。

今天，咱们就来聊聊这三位“通信兄弟”：低调的TTL、中气十足的RS232，和工业硬汉RS485，看看它们到底是怎么“说人话”（或者“说电平”）的。

01

串口通讯：

最基础的“芯片对话”

串口通讯（Serial Communication）是一种数据一位一位传输的通信方式。它只需要很少的引脚（通常是两根线：发送 TX 和接收 RX），就能在两个设备之间传递信息。

（本文图片来自爱上半导体）

02

串口通讯的基本要素：

帧格式与波特率

串口通讯是芯片间信号传输的基础方式，必须事先约定好规则，核心是约定帧格式和波特率：

(1) 帧格式（Frame Format）

标准帧格式含10位：1位起始位（低电平）+8位数据位（1字节=256种信息）+1位停止位（高电平），也有7位/5位数据位的变种。

这是数据打包的方式。最常见的串口帧格式是 10位：

注意：其他格式也存在，比如 7 数据位 + 1 停止位等，但核心思想一致。

举例：发送字符 'A'（ASCII 码 65，二进制 01000001），就会按这个顺序一位位传出去。

注意：窗口通信发送端与接收端的帧格式与波特率都要相同，否则会出现乱码问题

(2) 波特率（Baud Rate）

波特率：1秒之内能够传输的高低电平个数。

常见波特率：9600、19200、115200等。

例如 9600 波特率：每秒可传 9600 个高低电平信号。

双方必须使用相同的波特率，否则会“听不懂”。

03

串口使用的电平标准：TTL逻辑

原始的串口通讯使用的是TTL 电平（Transistor-Transistor Logic），由芯片直接输出：

采用TTL逻辑电平：

高电平（逻辑“1”或HIGH）：最小2.4V（通常为 5V 或 3.3V）

低电平（逻辑“0”或LOW）：最大0.4V（通常按0V算）

比如静电干扰可能把 0V“抬高”到 1V，接收方误判为高电平导致数据出错！

所以这玩意儿抗干扰能力超弱！静电一来就可能错乱，所以传输距离超短一般1米内，仅限板载芯片或芯片与电脑间通讯。

04

RS232：让串口

“跑”得远一点

为解决串口距离短的痛点，美国电子工业联盟搞出了RS232标准（RS=Recommended Standard，推荐标准）。它本质是"电平转换版串口"，需加MAX232等电平转换芯片。

RS232的接口虽然有很多线，但我们一般只用这3根线，和串口通讯保持一致，串口通讯使用的也是这三根线。

如何实现？

单片机本身输出的是 TTL 电平，我们只需要在原来串口通讯的基础上加一个电平转换芯片，例如MAX232，这样它就能把TTL电平转换为RS232电平了。

电平反转魔法：TTL的5V转成+12V，0V转成-12V；接收时+12V转回5V，-12V转回0V。

单片机发 0V（TTL 高）经过 MAX232 转成 -12V（RS232 低）

RS232 的特点：

逻辑电平的表示方式不同：在 TTL 串口中，高电平通常为 5V 或 3.3V，低电平为 0V。而 RS232 使用正负电压来表示逻辑状态：

逻辑“0”（Space）：高电平 +3V 至 +15V（常用 +12V）

逻辑“1”（Mark）：低电平 -3V 至 -15V（常用 -12V）

常见实现电压：+12V 表示 0，-12V 表示 1

高低电平范围超宽：+3~+15V是高电平，-3~-15V是低电平，抗干扰能力直接拉满！

传输的数据内容不变：

尽管电平变了，但传输的仍然是标准的串口数据帧——包括起始位、数据位、停止位等。

换句话说，通信协议没变，只是“物理表达方式”从 TTL 升级为 RS232。

保持全双工通信：

RS232 支持独立的发送（TX）和接收（RX）通道，因此可以同时收发数据，实现全双工通信。这使得它适合需要实时双向交互的场景。

将串口信号转换为RS232电平后，最显著的优势在于抗干扰能力的大幅提升。

这是因为RS232采用正负电压传输，两者之间接近20V的电压差使得信号具有很强的抗干扰余量——即使受到外界噪声影响，接收端依然能够准确区分逻辑状态。因此，通信的稳定性和可靠性大大提高，传输距离可延伸至15米左右。

不过，RS232的传输速率相对有限，通常最高支持约19200波特率（即20Kbps），在面对更严苛的工业环境或需要更远距离通信时，其性能就显得力不从心了。

05

RS485：工业级“抗揍”王者

当环境强干扰·、距离更远（比如工业现场），RS232 也不够用了，RS485横空出世！

RS485与RS232类似，本质上仍是在标准串口通信的基础上增加一个电平转换芯片来实现。该芯片负责将单片机发出的TTL电平信号转换为差分信号进行传输，同时也能将接收到的差分信号还原为TTL电平供单片机识别。

RS485芯片把TTL信号转化为差分信号，只需要两根线

RS485 的核心改进：

使用差分信号（Differential Signaling）

用两根线（A 和 B）之间的电压差来表示数据：

差分信号通过两根线（A和B）传输，利用两者之间的电压差来表示逻辑状态：

当A线电压高于B线时，表示逻辑0；

当A线电压低于B线时，表示逻辑1。

由于采用电压差判断，抗干扰能力强，且无需依赖公共地线，因此更适合长距离和复杂环境下的通信。

RS485性能参数：

最远传输距离：可达 1200 米

最高速率：可达 50 Mbps（距离越远，速率越低）

支持多设备：一主多从，最多可接 32 个设备在同一总线上

关键优势：两根线绞在一起（双绞线），共模干扰被抵消，即使整体被干扰，差值仍稳定。抗干扰能力强，可以传输更远距离。

组网优势：支持"一主多从"组网，告别RS232的点对点限制。只需加485电平转换芯片，就能让串口信号变身工业级差分信号。

485一般为为半双工：同一时间只能发或收（通过使能控制方向），可以实现多设备主从通信

少数为全双工（需四根线）

实现方式：

也需要专用芯片（如 SP3485），将 TTL 信号 差分信号互相转换。

06

产业变革：开源架构重构

全球半导体权利格局

物理层的"电压游戏"：RS232和RS485只改物理层（电平标准），编程完全不影响！会串口通讯就能秒懂它们——就像给串口换了不同"电压马甲"。

普通串口通信（TTL）、RS232 和 RS485的详细对比表格

本质区别一句话：

TTL 串口是“语言本身”， "贴身悄悄话"（1米内TTL）

RS232 是“大声说话”，传得稍远（15米±12V）

RS485 是“组队对讲机”，抗干扰强、传得远、还能多人联网（1200米差分抗干扰+组网）。

三者底层通信协议一致，区别主要在物理层电平与传输方式，因此只要掌握串口编程，配合合适的硬件转换，即可灵活应用于各种场景。