关于几个概念的理解-UARTRS-232RS-485LVDS

tech2023-11-27  28

基本定义

电平与协议

**协议是我们规定的传输的真实数据的内容** 电平是如果我们发送0或者如果我们发送1,在电平上应该如何表示。

uart

UART是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UART

RS-232标准(232 是一个标识符)

它是一种电平标准,通常,这样的一个电平标准采用的工业上面的接口是DB-25或者DB-9. 但是最终经过长时间的一段时间的演变:

我们最终只用三根线:RX TX GND

RS232 中的电平标准: RS-232-C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即:逻辑"1",-5- -15V;逻辑"0 " +5- +15V 。

它与uart 的关系后面说,以免误导

RS485标准

485 的标准在上面的RS232的基础演变(由于rs232 只能点对点)

485采用了差分的信号传输的方式

—理解差分的概念— 就是对于一个高电平或者低电平,用两根线之间的电平的差值来决定。

电平标准:逻辑“1”以两线间的电压差为+(26)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(26)V表示

联系

电平关系总结

RS-232: 采用负逻辑:1: -(5V-15V)。0:5V-15V RS-485:采用正逻辑:1:2V-6V 0: -(2V-6V)

uart:板级协议常用的是ttl电平,0V。3.3V以上是1

uart与rs232

他俩经常一起说,uart协议可以用rs232来传输 (1)以往以当会采用232转换ttl 芯片,来实现uart 协议与板级协议进行数据传输。 (2)但是,通常我们板级的接口已经不采用直接用232的电平的传输的方案了。采用usb(5V)+ch340 这样可以转成板级常用的ttl电平。这样使用

uart 与串口

首先串口,应当是指串行接口,而uart是串行传输的所以,也就经常这样使用了。

额外扩展

LVDS

参考: https://zhuanlan.zhihu.com/p/94470041

名词

LVDS(Low-Voltage Differential Signaling ,低电压差分信号)是美国国家半导体(National Semiconductor, NS,现TI)于1994年提出的一种信号传输模式的电平标准,它采用极低的电压摆幅高速差动传输数据,可以实现点对点或一点对多点的连接,具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等优点,已经被广泛应用于串行高速数据通讯场合当,如高速背板、电缆和板到板数据传输与时钟分配,以及单个PCB内的通信链路。

原理

通过正负350mV的电位差变化,这样的差分,其抗干扰能力好。

同时,通过控制差动桥来决定输出的0/1 电平

技术优势

**差分信号的第一个好处是,**因为你在控制「基准」电压,所以能够很容易地识别小信号。在一个参考地做「0 V」基准的单端信号传输系统里,测量信号的精确值依赖系统内「0 V」的一致性。信号源和信号接收器距离越远,他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与「地」的精确值无关,而在某一范围内便可。

差分信号的第二个主要好处是,它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的EMI还要少。

**差分信号提供的第三个好处是,**在一个单电源系统,能够从容精确地处理「双极信号」。为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度,而无须依赖虚地的稳定性。

随着集成电路的发展和对更高数据速率的要求,低压供电成为急需。降低供电电压不仅减少了高密度集成电路的功率消耗,而且减少了芯片内部的散热,有助于提高集成度。LVDS减少供电电压和逻辑电压摆幅,降低了功耗。

通信速度高达1 Gbps或以上 电磁辐射更低 抗扰度更高 低功耗工作 共模范围允许高达±1V的接地失调差额

CMOS 和 TTL

请参考我的其他文章:https://blog.csdn.net/weixin_42066185/article/details/108102213

我最新的参考: https://blog.csdn.net/qq_27745395/article/details/76687175

我贴过来大佬的解释:十分清楚; 深入理解 TTL 与 CMOS 异同

一:TTL

TTL集成电路的主要型式为晶体管-晶体管逻辑门(Transistor-Transistor Logic gate),TTL采用5V电源。

输出高电平Uoh和输出低电平Uol Uoh≥2.4V, Uol≤0.4V 在室温下,一般输出高电平为3.5V 输入高电平Uih和输入低电平Uil Uih≥2.0V, Uol≤0.8V 噪声容限0.4V 噪声容限计算:噪声容限=min{高电平噪声容限,低电平噪声容限} 高电平噪声容限=最小输出高电平电压-最小输入高电平电压 低电平噪声容限=最大输入低电平电压-最大输出低电平电压

二: CMOS

CMOS电路是电压控制器件,输入电阻极大,对于干扰信号十分敏感,因此不用的输入端不应开路,接到地或者电源上。CMOS电路的优点是噪声容限较宽,静态功耗很小。CMOS采用5~15V电源, 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在15V电源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5V电源下, 现在已经有工作在 3V和 2.5V电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了.

输出高电平Uoh和输出低电平Uol Uoh≈VCC, Uol≈GND 输入高电平Uih和输入低电平Uil Uih≥0.7VCC, Uol≤0.2VCC (VCC为电源电压,GND为地) 从上面可以看出: 在同样5V电源电压情况下,COMS电路可以直接驱动TTL,因为CMOS的输出高电平VCC=5V大于2.0V,输出低电平GND=0V小于0.8V;而TTL电路则不能直接驱动CMOS电路,TTL的输出高电平为大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之间,则CMOS电路就不能检测到高电平,低电平小于0.4V满足要求,所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。如果出现不同电压电源的情况,也可以通过上面的方法进行判断

三:TTL和COMS电路比较:

TTL电路是电流控制器件,而CMOS电路是电压控制器件。

TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。

COMS电路的使用注意事项

COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。输入端接低内阻的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。 TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理): 1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。 2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平,输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知,只有在输入端接的串联电阻小于910欧 时,它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来,串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。

四:OC门与OD门

OC(Open Collector)门,即集电极开路门电路(Open Collector),OD(Open Drain)门,即漏极开路门电路,必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

TTL电路有集电极开路OC门,MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门,它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出,那就是漏电流,为什么有漏电流呢?那是因为当三极管截止的时候,它的基极电流约等于0,但是并不是真正的为0,经过三极管的集电极的电流也就不是真正的 0,而是约0。而这个就是漏电流。

开漏输出:OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流,但是不能向外输出的电流。所以,为了能输入和输出电流,它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

为什么引入OC门? 实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路–OC门来实现“线与逻辑”。

五:有关逻辑电平的一些概念

要了解逻辑电平的内容,首先要知道以下几个概念的含义:

输入高电平(Vih):保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平,当输入电平高于Vih时,则认为输入电平为高电平。 输入低电平(Vil):保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平,当输入电平低于Vil时,则认为输入电平为低电平。 输出高电平(Voh):保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值,逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。 输出低电平(Vol):保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值,逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。 阀值电平(Vt):数字电路芯片都存在一个阈值电平,就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值,对于CMOS电路的阈值电平,基本上是二分之一的电源电压值,但要保证稳定的输 出,则必须要求输入高电平> Vih,输入低电平 对于一般的逻辑电平,以上参数的关系如下:Voh > Vih > Vt > Vil > Vol

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