iTOP-4412开发板-串口基础知识和测试方法

孤久厌闹

本文档介绍嵌入式上串口通用的基础知识和测试方法。
# B  \6 Z3 z8 u3 }! Z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
' W3 Q: H8 b- B1 ~' N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。
% [! N( g& h, J7 `% ~1 基础电平知识
; v- I0 Q5 T" {* U- e' J1.1 TTL 电平和 CMOS 电平
+ T" D( D- ~$ u$ b( K- U: q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。
: _2 o, s0 j0 N7 v8 A! o4 B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。
; Z" e5 @- @, D4 `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
9 [. f- W, }( l; ?' R4 O1 _以正常通信。
( t* N1 n; O% x1.2 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。
& I& |2 A; W4 E( ]' ^# ]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。
1 z! G: z* \6 ~& W; U. R' j, p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
) F  S4 t, V: A1 `# ]' q9 F1，一个用高电平表示逻辑 0。
, z7 D: ?5 d  w- L. V! y1.3 232 电平转换芯片-TTL 串口和 RS232 的通信
5 |6 A' @" P( W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。
6 Y9 P6 [& f$ ?+ a5 ^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，
4 o, w6 y6 }! t- u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
! v% i( T4 C* R( ^1 q转出来都是 RS232 串口信号（也有 USB 转 TTL 串口芯片）。
8 `: s% m4 O! Z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
7 R. t6 _* i% K特别要注意的只有一点：一定要弄清楚电平！
5 O" U" a9 \9 ~7 r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。
+ R, p0 X4 ]' c- m: X$ C5 R8 E# v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
: A  ~' l& ]; J2 J' \/ |平、网络标号、复用情况还有软件相关的设备节点。
9 F" A, `5 l% U; E* S* w% N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
0 H: O9 i) o4 ^% }3 ]3 [. f常通信，可以交换一下。
2 快速测试方法
6 x3 @0 S7 y# z4 c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。
8 r) `- |( Q1 ?- l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。
! V$ t3 W2 |0 v4 r9 U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
% _) F7 ]. O  F) S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
7 f) v" j) W$ S0 q（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。
  s( {5 A+ ~3 P& R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
$ F8 M) B; n$ o  x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。
( U: M1 d* r5 }5 Y; r4 A% O. x

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