【干貨】帶你了解各類串口：I2C、SPI、RS232、RS485、USB等

串口，又稱為串行數(shù)據(jù)接口，是數(shù)據(jù)接口的一種。串行數(shù)據(jù)傳輸指的是數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)位依次在單一通道上傳輸?shù)慕涌?，與并行數(shù)據(jù)接口相對應（并行數(shù)據(jù)接口指的是多個數(shù)據(jù)位同時進行傳輸）。

串口主要包含以下類別：I2C、SPI、RS232、RS422、RS485及USB。

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I2C接口

I2C接口是一種主要應用于集成電路芯片間的通信的接口。最早由Philips公司開發(fā)，是一種簡單的雙向二線制同步串行總線。

使用時，只需要連接2根線即可進行數(shù)據(jù)傳輸。主要接口包括：

? SCL（串行時鐘線）

? SDA（串行數(shù)據(jù)線接口）

I2C根據(jù)不同的模式，具有不同傳輸速率，可以分為以下幾種：

? 標準模式下最高速率為100Kbps。

? 快速模式下最高速率為400Kbps。

? 快速模式增強下最高速率為1Mbps。

? 高速模式下最高速率為3.4Mbps。

? 超快速模式下最高速率為5Mbps，注意這種模式為單向傳輸，不兼容其他模式。

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SPI接口

SPI接口是一種主要應用于EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉(zhuǎn)換器等低速器件之間進行同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，最早由Motorola在其MC68HCXX系列處理器上定義的串行外圍接口。

SPI接口只需要4根線即可進行數(shù)據(jù)傳輸，主要接口包括：

? MOSI（主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入）

? MISO（主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出）

? SCLK（時鐘信號，由主器件產(chǎn)生）

? CS（從器件使能信號，由主器件控制）

SPI接口具有兩種通信方式：

? 低速SPI通信：在低功耗、長距離通信的場景下，SPI通信速率一般較低，約為幾百kHz。

? 高速SPI通信：在快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍跋?，SPI通信速率可以達到幾十MHz甚至更高。

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RS232接口

RS232接口是一種應用于工業(yè)控制以及計算機外設之間通信的接口。在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合制定的用于串行通訊的標準。RS232一般分為DB9（9根線）以及DB25（25根線）兩種封裝。

主要接口包括：

? RSD（接收線信號檢出）

? RXD（接收數(shù)據(jù)）

? TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）

? DTR（數(shù)據(jù)終端準備好）

? GND（地線）

? DSR（數(shù)據(jù)裝置準備好）

? RTS（請求發(fā)送）

RS232接口固定的傳輸速率有50、75、110、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等，但是后來速率得到了部分提升，目前傳輸速率最高可以到達230400b/s。

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RS422接口

RS422接口由RS232接口發(fā)展而來，在RS232接口的基礎上定義了一種平衡通信方式，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100Kbps時）。RS422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸總線。

RS422接口主要應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，采用差分信號的傳輸方式，具有兩個數(shù)據(jù)傳輸通道，因此需要4根/5根傳輸線纜。

? T+（用于發(fā)送數(shù)據(jù)）

? T-（用于發(fā)送數(shù)據(jù)）

? R+（用于接收數(shù)據(jù)）

? R-（用于接收數(shù)據(jù)）

? GND（地線）

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RS485接口

RS485接口在RS422接口基礎上增加了多點、雙向通信能力。與RS422接口一樣采用差分線的方式進行傳輸，因此繼承了RS422接口的傳輸距離與傳輸速率，但是因為其只需要兩根線進行數(shù)據(jù)傳輸，所以發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)不能同時進行，因此是一種半雙工的傳輸方式。RS485接口主要由A線與B線進行數(shù)據(jù)傳輸，在遠距離或者電磁干擾復雜的環(huán)境下可以使用雙絞屏蔽線。

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USB接口

USB接口是一種高速串行接口，主要應用于移動存儲設備、打印機、掃描儀與計算機之間通信。

USB傳輸速率根據(jù)不同的版本決定。

USB 1.0具有兩種模式：

? Low Speed：最高速率為1.5Mbps。

? Full Speed：最高速率為12Mbps。

USB 1.1（即USB 1.0 Full Speed）：理論最高速率為12Mbps。

USB 2.0（Hi-Speed）：理論最高速率為480Mbps。

USB 3.0（SuperSpeed）：理論最高速率為5Gbps。

USB 3.1分為兩個版本：

? Gen 1（即USB 3.0）：理論最高速率為5Gbps。

? Gen 2：理論最高速率為10Gbps。

USB 3.2分為3個版本：

? Gen 1（即USB 3.1 Gen 1）：理論最高速率為5Gbps。

? Gen 2（即USB 3.1 Gen 2）：理論最高速率為10Gbps。

? Gen 2×2（僅限Type-C接口）：理論最高速率為20Gbps。

USB4（僅限Type-C接口）：理論最高速率為40Gbps。USB 4.0 Version 2.0：最大傳輸速率80Gbps，單向傳輸時可高達120Gbps。

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最后，給大家介紹一款工業(yè)級串口轉(zhuǎn)換器E810-U15H。該串口轉(zhuǎn)換器支持USB、RS485、RS232、RS422、TTL等多種接口，采用FTDI進口芯片，傳輸速率可達12Mbps，采用工業(yè)級設計標準，端口具有ESD靜電防護，PTC自恢復保險絲，電源+信號采用雙重隔離，使設備可以在復雜環(huán)境下穩(wěn)定運行。