iTOP-4412開發板-串口基礎知識和測試方法

落風

本文檔介紹嵌入式上串口通用的基礎知識和測試方法。
請注意文檔中，關于硬件的很多描述都帶有“一般情況”這樣的字樣，表明是有特殊情況
的，但是在大多數情況下，去掉“一般情況”都是正確的。硬件很多情況下是“模糊”，偏向
于“差不多”，執著于“硬件系統長時間在特定環境下穩定運行最重要”，在設計上一定有
“取舍”，雖然有一個“最優解”，我們只能盡量接近“最優解”，但是永遠不能到達。
硬件不像軟件，每一個接口都是嚴格定義，不允許有差不多的情況。
1 基礎電平知識
1.1 TTL 電平和 CMOS 電平
在大學電子專業課《數字電路分析》中，有提到電平的概念，通常有 TTL 和 CMOS 電
平，TTL 和 CMOS 又各自細分為多種電平，這里為了方便文字描述，統稱為 TTL 電平。TTL
和 CMOS 是有很大區別的，但是對于純粹的數字電路，區別不是很大，唯一要注意的是信號
的電壓值，電壓不一樣則需要使用電平轉換芯片，抬高或者降低信號的電壓。
另外為了達成文檔目標--為了讓大家能夠快速掌握串口的快速測試，這里將 TTL 根據電平
值分為 1.8VTTL 電平、3.3VTTL 電平和 5VTTL 電平。
TTL 電平在一般情況下,高電平（1.8V、3.3V 或者 5V）表示邏輯 1，0V 表示邏輯 0。
一般情況下，CMOS 和 TTL 進行數據傳輸的時候，只要電平相同和 IO 的類型，就可以正
常通信。
那么這里有一個基本的結論：TTL 電平的串口，無論是只要開發板和模快的 TTL 電平值相
同。開發板的 TX 和測試模組 RX 相接，開發板的 RX 和測試模組 TX 相接，共 GND 地，就可
以正常通信。
1.2 RS232 電平
接著來介紹 RS232 電平，關于 RS232 的知識，網上非常多，作者只介紹大家在使用過程
中最不容易和最重要的部分。
RS232 的電平要表示邏輯 1，電平是在-3V~-15V 之間，邏輯 0 的電平是在 3V~15V 之
間，如果電平在-3V~3V 之間，是沒有任何意義的。
那么顯然，無論是什么電平的 TTL 都是無法直接和 RS232 通信，一個用高電平表示邏輯
1，一個用高電平表示邏輯 0。
1.3 232 電平轉換芯片-TTL 串口和 RS232 的通信
為了能夠讓 TTL 的串口和 RS232 串口通信，則需要將 TTL 電平的串口轉化為 RS232 電
平。
將 TTL 的 5V 串口轉換為 RS232 串口信號，需要 MAX232 芯片（MAX 是美信的意思，
是一個家公司的簡寫），將 TTL 的 3.3V 串口轉化為 RS232 串口信號，需要 MAX3232。
現在很多 PC 上沒有串口接口，但是可以使用 USB 轉串口，一般情況下，我們默認 USB
轉出來都是 RS232 串口信號（也有 USB 轉 TTL 串口芯片）。
只要都轉成了 RS232 電平，TX 接 RX，RX 接 TX，雙方就可以通信了。
1.4 串口和模塊通信需要注意的地方
特別要注意的只有一點：一定要弄清楚電平！
模塊如果說是串口，那么它有可能是 RS232 電平的串口，可能是 TTL1.8V 串口，可能是
TTL3.3V 電平的串口，還有可能是 TTL5V 的串口。
關于開發板串口，參考用戶手冊上第一章,串口相關的小節，上面描述了每一個串口的電
平、網絡標號、復用情況還有軟件相關的設備節點。
另外就是 TX 和 RX 不同的硬件工程師，命名的時候可能不太一樣，如果 TX 接 RX 不能正
常通信，可以交換一下。
2 快速測試方法
本節介紹如何快速測試開發板的串口，用于判斷串口是否發送和接收正常。
先了解一下幾個概念“全雙工”、“半雙工”和“單工”。
單工指的是，通信的雙方，一端負責發，另外一端負責收，典型的例如收音機。
半雙工指的是，通信的雙方，兩端都可以收發，但是同一時間點，一端發，另外一端就只
能收，不能同時收發。典型的如 RS485 和 USB 設備。
全雙工指的是，通信的雙方，兩端可以同時收發，最典型的就是串口，發送的同時也可以
接收。也就是串口的 TX 和 RX 相互不干擾，可以同時工作。
串口是全雙工的，那么如果開發板串口的 TX 和 RX 短接，會出現什么情況呢？當然是正
常的自發自收，發什么收什么。
例如為了測試 USB 轉串口模塊，可以將串口端的 TX 和 RX 端口短接（USB 速率遠高于
串口，半雙工的 USB 不會影響串口的自發自收），那么就會出現發送什么數據，就接收什么
數據。
快速測試開發板的串口，也可以用 TX 和 RX 短接的方法，最簡單的方法使用一把小鑷子
（導線也成），鑷子的兩個尖端，一端接 TX，一端接 RX，然后運行串口自發自收的測試程
序。
TX 和 RX 短接可以是 TTL 電平也可以是 RS232 電平，如下圖所示，是 iTOP-4412 精英
版（迅為其它開發板類似）MAX3232 部分的原理圖。

如上圖所示，上面 4 個方框中的兩個 pin 腳都可以短接，效果一樣。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，這樣開發板就可以實現自發自收。
請注意，如果要測試串口，請務必參考對應開發板的用戶使用手冊上第一章,串口相關的
小節，因為有一些模塊需要用到串口，有一些串口是復用的。
將開發板的串口 TX 和 RX 短接，使用“iTOP-4412-Android-串口測試文檔（升級版）
_V2.0.zip”獨立文檔中的串口程序，發送什么字符串，開發板就接收一樣的字符串。
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