[经验] iTOP-4412开发板-串口基础知识和测试方法

马佳徐徐 2020-4-26 10:26 楼主

本文档介绍嵌入式上串口通用的基础知识和测试方法。
请注意文档中，关于硬件的很多描述都带有“一般情况”这样的字样，表明是有特殊情况
的，但是在大多数情况下，去掉“一般情况”都是正确的。硬件很多情况下是“模糊”，偏向
于“差不多”，执着于“硬件系统长时间在特定环境下稳定运行最重要”，在设计上一定有
“取舍”，虽然有一个“最优解”，我们只能尽量接近“最优解”，但是永远不能到达。
硬件不像软件，每一个接口都是严格定义，不允许有差不多的情况。
1 基础电平知识
1.1 TTL 电平和 CMOS 电平
在大学电子专业课《数字电路分析》中，有提到电平的概念，通常有 TTL 和 CMOS 电
平，TTL 和 CMOS 又各自细分为多种电平，这里为了方便文字描述，统称为 TTL 电平。TTL
和 CMOS 是有很大区别的，但是对于纯粹的数字电路，区别不是很大，唯一要注意的是信号
的电压值，电压不一样则需要使用电平转换芯片，抬高或者降低信号的电压。
另外为了达成文档目标--为了让大家能够快速掌握串口的快速测试，这里将 TTL 根据电平
值分为 1.8VTTL 电平、3.3VTTL 电平和 5VTTL 电平。
TTL 电平在一般情况下,高电平（1.8V、3.3V 或者 5V）表示逻辑 1，0V 表示逻辑 0。
一般情况下，CMOS 和 TTL 进行数据传输的时候，只要电平相同和 IO 的类型，就可以正
常通信。
那么这里有一个基本的结论：TTL 电平的串口，无论是只要开发板和模快的 TTL 电平值相
同。开发板的 TX 和测试模组 RX 相接，开发板的 RX 和测试模组 TX 相接，共 GND 地，就可
以正常通信。
1.2 RS232 电平
接着来介绍 RS232 电平，关于 RS232 的知识，网上非常多，作者只介绍大家在使用过程
中最不容易和最重要的部分。
RS232 的电平要表示逻辑 1，电平是在-3V~-15V 之间，逻辑 0 的电平是在 3V~15V 之
间，如果电平在-3V~3V 之间，是没有任何意义的。
那么显然，无论是什么电平的 TTL 都是无法直接和 RS232 通信，一个用高电平表示逻辑
1，一个用高电平表示逻辑 0。
1.3 232 电平转换芯片-TTL 串口和 RS232 的通信
为了能够让 TTL 的串口和 RS232 串口通信，则需要将 TTL 电平的串口转化为 RS232 电
平。
将 TTL 的 5V 串口转换为 RS232 串口信号，需要 MAX232 芯片（MAX 是美信的意思，
是一个家公司的简写），将 TTL 的 3.3V 串口转化为 RS232 串口信号，需要 MAX3232。
现在很多 PC 上没有串口接口，但是可以使用 USB 转串口，一般情况下，我们默认 USB
转出来都是 RS232 串口信号（也有 USB 转 TTL 串口芯片）。
只要都转成了 RS232 电平，TX 接 RX，RX 接 TX，双方就可以通信了。
1.4 串口和模块通信需要注意的地方
特别要注意的只有一点：一定要弄清楚电平！
模块如果说是串口，那么它有可能是 RS232 电平的串口，可能是 TTL1.8V 串口，可能是
TTL3.3V 电平的串口，还有可能是 TTL5V 的串口。
关于开发板串口，参考用户手册上第一章,串口相关的小节，上面描述了每一个串口的电
平、网络标号、复用情况还有软件相关的设备节点。
另外就是 TX 和 RX 不同的硬件工程师，命名的时候可能不太一样，如果 TX 接 RX 不能正
常通信，可以交换一下。
2 快速测试方法
本节介绍如何快速测试开发板的串口，用于判断串口是否发送和接收正常。
先了解一下几个概念“全双工”、“半双工”和“单工”。
单工指的是，通信的双方，一端负责发，另外一端负责收，典型的例如收音机。
半双工指的是，通信的双方，两端都可以收发，但是同一时间点，一端发，另外一端就只
能收，不能同时收发。典型的如 RS485 和 USB 设备。
全双工指的是，通信的双方，两端可以同时收发，最典型的就是串口，发送的同时也可以
接收。也就是串口的 TX 和 RX 相互不干扰，可以同时工作。
串口是全双工的，那么如果开发板串口的 TX 和 RX 短接，会出现什么情况呢？当然是正
常的自发自收，发什么收什么。
例如为了测试 USB 转串口模块，可以将串口端的 TX 和 RX 端口短接（USB 速率远高于
串口，半双工的 USB 不会影响串口的自发自收），那么就会出现发送什么数据，就接收什么
数据。
快速测试开发板的串口，也可以用 TX 和 RX 短接的方法，最简单的方法使用一把小镊子
（导线也成），镊子的两个尖端，一端接 TX，一端接 RX，然后运行串口自发自收的测试程
序。
TX 和 RX 短接可以是 TTL 电平也可以是 RS232 电平，如下图所示，是 iTOP-4412 精英
版（迅为其它开发板类似）MAX3232 部分的原理图。

如上图所示，上面 4 个方框中的两个 pin 脚都可以短接，效果一样。R20 和 RS21 左端可
以短接、MAX3232 的 pin9 和 pin10、MAX3232 的 pin7 和 pin8 可以短接、CON2
（DB9）的 pin2 和 pin3 可以短接，这样开发板就可以实现自发自收。
请注意，如果要测试串口，请务必参考对应开发板的用户使用手册上第一章,串口相关的
小节，因为有一些模块需要用到串口，有一些串口是复用的。
将开发板的串口 TX 和 RX 短接，使用“iTOP-4412-Android-串口测试文档（升级版）
_V2.0.zip”独立文档中的串口程序，发送什么字符串，开发板就接收一样的字符串。