从TTL到RS485，掌握串口通信的传输距离

一、概述

可能有很多读者都还不知道 TTL、RS232、485 到底是什么，本节简单概述一下它们究竟都是什么？

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TTL电平

TTL：Transistor Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑电平。比如：0V代表逻辑低电平，5V代表逻辑高电平。像STM32单片机串口引脚输出的逻辑高电平就是3.3V。你可能会问：什么是逻辑电平？逻辑电平是特定电压或可以存在信号的状态，通常为“0/1” 或 “开/关” 或 “ON/OFF” 或 “LOW / HIGH”等。

随着电子技术的快速发展，逻辑高电平的电压也是越来越低，比如DDR5内存的供电电压才1.1V。

这一章节相关的内容，以下这篇文章：逻辑电平0和1的世界

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RS232

RS232，也简称232，全称EIA-RS-232。EIA：Electronic Industry Association，美国电子工业协会。RS：Recommended Standard，代表推荐标准。232：代表标识号。RS232有多个版本，比如：RS232A、RS232B、RS232C···F等，目前常用的是RS-232C。RS232最初是用于调制解调器，因此它的引脚定义和调制解调器传输有关。RS232早期使用25针连接器（DB25）比较多，早期打印机、传真机这些设备用的比较多，现在很少用了。

现在通常是DB9，相信大家都不陌生，但我们大部分时候只用到了2、3、5脚。

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

DB9在很多电脑后面板上都还保留有，即便后面板没有，在主板上也留有DB9接口。

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RS485

RS485 可以说是在RS232的基础上发展而来的，目的是为了“增加抗干扰能力和信号传输距离”。RS232采用电压来代表逻辑高低电平，比如：±15电压。而RS485采用差分电压，也就是两根信号线（A、B）上的电压差来代表逻辑高低电平。RS232支持全双工通信，而RS485是半双工通信。

二、传输距离

在大学的时候，可能老师会告诉你：RS22传输距离为15米。或者，你在某些书籍上看到RS485传输距离为1200米。通信传输距离与很多因素有关，实际和理论还是有很大差异，在某些情况下，RS485传输500米可能都有问题。
通信传输距离与通讯方式、波特率、连接线、干扰等众多因素有关，这里结合串口（UART）通信来简单说下这几个问题。

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通讯方式

这里说的通讯方式，指的就是标题中“TTL、RS232、485”等不同的通讯方式。正常情况下，通讯距离：TTL < RS232 < 485。TTL通常在板卡内部（同一块板卡），比如：芯片A的串口，和芯片B的串口通信。RS232在很多场合都还能用到，通常设备与设备之间通信，一般是DB9或两根信号线连接。（之前参与的一个项目，用电脑PCI卡扩展出了8个串口，就是用的232方式）。RS485在工业产品中用的比较多，可以多个设备连接在485总线上，还有传输距离更远、抗干扰性更强。

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波特率

波特率，1波特即指每秒传输1个符号。波特（Baud，单位符号：Bd）你可以理解为传输信号的快慢，比如：串口9600bps。波特率越高，频率就越高，同等条件下，传输的距离就更短。
串口的波特率可以做到很高，比如：115200bps，但以这种波特率通过RS232传输，可能传输10米就存在问题。

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连接线

连接线也是一个关键因素，连接线材料（铜、铝、铁）、粗细、是否带有屏蔽等都会影响传输信号的距离。可能干净的环境（比如实验室、办公室）都还看不出差异，你在复杂的点环境（比如工厂，特别是大型机械设备比价多的环境下）就能感受出差异了。
所以，RS458使用差分信号，双绞线，好点的带有屏蔽的线，在工业环境就显优势了。

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干扰因素

做过工业产品的人都知道，不但EMC要求高，对于通信的要求也高。旁边一个台大型设备突然启动，很有可能让你的通信失败（或者芯片复位、死机等）。你以为485能传输1200米，可能工厂内200米通信都还会失败。综合以上，要增加传输距离、又要保证传输信号的稳定，通常要做到尽量远离干扰源（大型机械设备）、增加屏蔽措施、降低传输速率（波特率）等。