单片机TTL电平软件模拟串口通讯
利用单片机TTL电平模拟串口通信收发数据，字符串，模拟波特率9600模拟成功稳定有效，19200波特率不稳定，更高波特率模拟失败；以下为模拟9600波特率程序
定时器0定时100us模拟9600波特率；定时器1定时1ms用于接收判断，收到第一个数据后定时器1开始累加，10ms后接收完毕处理接收数据，10ms一次性可接收10个字符左右，若需要一次性接收更多字符，累加设置长一点即可
程序实现了自发自收，单片机收到数据后再原样发出来
#include <STC12C5A60S2.H>
#include <intrins.h>
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                  函数定义
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void delayms(unsigned int time);
void uart_initialize();
void SimulateSendData(char dat);
void SimulateStringSendData(char *s);
void SimulateReceiveData(); 
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                              位定义
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/


sbit send=P2^0;             //发送引脚
sbit receive=P2^1;          //接收引脚

bit simulate_flag,over_flag;


/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                          变量定义
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
int i;
char rec=0;
int number=0;                            //接收数组下标                
char receivestring[50]="\0";             //接收数组
int over_count;
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                  主函数
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void main()
{
	uart_initialize();
	while(1)
	{
		SimulateReceiveData();	//接收数据	
		if(over_flag)           //接收完成
		{
			receivestring[number]='\0';
			SimulateStringSendData(receivestring); 
			rec=0;
			number=0;
			receivestring[0]='\0';
			over_flag=0;
		}
	}
}

/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                   接收函数
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void SimulateReceiveData()
{
	if(!receive)
		{
			simulate_flag=1;
			TR0=1;
			while(simulate_flag);
			simulate_flag=1;
			while(simulate_flag);
			for(i=0;i<8;i++)
			{
				if(receive) {rec=rec | 0x80;}
				else {rec=rec & 0x7f;}
				if(i<7) {rec=rec>>1;}	
				simulate_flag=1;
				while(simulate_flag);
			}
			receivestring[number++]=rec;
			TR0=0;		
		}
		
}
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                  发送字符串
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void SimulateStringSendData(char *s)
{
	while(*s!='\0')
	{
		SimulateSendData(*s);
		s++;
	}
}
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                  发送单字节
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void SimulateSendData(char dat)
{
		send=0;
		simulate_flag=1;
		TR0=1;
		while(simulate_flag);
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			send=dat & 0x01;
			simulate_flag=1;
			dat=dat>>1;
			while(simulate_flag);
		}
		send=1;
		simulate_flag=1;
		while(simulate_flag);
		TR0=0;
}
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                 定时器初始化
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void uart_initialize()
{  
	AUXR |= 0xC0;		//定时器0,1为1T模式  
	TMOD = 0x11;		 
	TL1 = 0xCD;			//定时器1定时1ms 
	TH1 = 0xD4;			
	ET1 = 1;			   
	TR1 = 1;			   
	TL0 = 0xAE;	//定时器0定时100us，模拟9600波特率
	TH0 = 0xFB;		  
	TR0 = 0;         
	ET0 = 1;         
	PT0 = 1;         
	EA = 1;              
	

}
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
                                 延时函数，毫秒单位
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void delayms(unsigned int time)
{
		unsigned char i, j;
		while(time--)
		{
			i = 9;
			j = 143;	
			do
			{
				while (--j);
			} while (--i);
		}

}

/*--------------------------------------------------------------------------------------------
					定时器0中断														
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void timer_to() interrupt 1
{
		TL0 = 0XAE;			
		TH0 = 0xFB;	
	  if(simulate_flag) simulate_flag=0;
	
} 
/*--------------------------------------------------------------------------------------------
				定时器1中断														
-----------------------------------------------------------------------------------------------*/
void timer_t1() interrupt 3
{
	TL1 = 0xCD;			
	TH1 = 0xD4;	
	
	if(receivestring[0]!='\0' & !over_flag)
		{
			over_count++;
			if(over_count==10)
			{
				over_flag=1;
				over_count=0;
			}
			
		}
}

目前的一个项目中，需要使用单片机的串口通讯，由于外部设备的串口电平为TTL电平，故在应用中，将单片机的串口IO与外部设备上直接相连的。
但是在后来的调试中，暂时不需要连接外部设备，发现单片机总是会莫名的进入串口中断，仔细检查后才发现单片机的串口IO直接从单片机中引出来，由于没有接设备，连接线直接悬空，也没有进行任何上拉或下拉的处理，从而导致电平信号不稳定，频繁进入中断。

首先来说串口通讯协议，串口通讯协议包括物理部分与协议部分嘛，物理部分既硬件部分，协议部分既软件部分。形象店来说就是物理层决定人们用嘴巴还是肢体交流，协议层决定人们用英语还是汉语交流。

RS323是一种通讯标准,因为高电平+15V低电平--15V电位差30V容错空间大，抗干扰能力强，一般用于工业设备直接通信电平转换芯片一般有MAX3232,SP3232

TTL一般是从单片机或者芯片中发出的电平，高电平为5V（51单片机）或者3.3V（stm32）

 



由上图可以看出RS232电平与TTL电平逻辑刚好相反。TTL1为高电平，0为低电平.RS232相反。

下面介绍三种通讯方式

1 两设备通过232标准通讯



控制器发出的是TTL电平，经过电平转换芯片转换成232电平. 其中DB9是一种通讯线如图。其中有用的是RXD,TXD。



USB转串口与电脑进行通讯



电平转换芯片一般用CH340,同时电脑还需要安装CH340驱动

TTL电平之间的直接通讯



原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用TTL电平通信。例如GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块等与控制器之间的通讯。




作者：sdkj_ck2_qys

链接：https://www.jianshu.com/p/a942e8090e01

来源：简书

        单片机串口输出的TXD、RXD引脚是TTL电平，电脑串口输出的是RS232电平，需要芯片转换成TTL电平，只有这样给单片机下载程序才有可能成功。


（一）、TTL电平标准(Transistor-Transistor Logic,晶体管-晶体管逻辑电平)

输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。

输入 L： <1.2V ； H：>2.0V

TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V。电流控制器件。


（二）、CMOS电平标准(Complementary metal-oxide-semiconductor,互补金属氧化物半导体)

输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。

输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.

由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限为1.8V，高于3.5V为高电平，噪声容限高为1.8V。比TTL有更高的噪声容限。 电压控制器件。

TTL与CMOS电平使用起来有什么区别:

1，电平的上限和下限定义不一样，CMOS具有更大的抗噪区域，即有着更高的噪声容限。 

2，电流驱动能力不一样，TTL一般提供25毫安的驱动能力，而CMOS一般在10毫安左右。

3，需要的电流输入大小也不一样，一般TTL需要2.5毫安左右，CMOS几乎不需要电流输入。

4，很多器件都是兼容TTL和CMOS的，datasheet会有说明。如果不考虑速度和性能，一般器件可以互换。但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常，因为有些TTL电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。

5，CMOS电平能驱动TTL电平,TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。

常用逻辑芯片特点:

74LS系列：     TTL      输入: TTL         输出: TTL

74HC系列：    CMOS 输入: CMOS    输出: CMOS

74HCT系列：  CMOS 输入: TTL         输出: CMOS

CD4000系列：CMOS 输入: CMOS    输出: CMOS


（三）、RS232电平标准：

注意电平的定义反相了一次。

电平为逻辑“0”时：+3V～+15V；

电平为逻辑“1”时：-3V～-15V；

发送端驱动器输出: 正电平在 +5～+15V，负电平在-5～-15V 电平。

接收器典型的:工作电平在 +3～+12V 与 -3～-12V。

由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15

米，最高速率为20kb/s。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL 电平到RS-232 电平再返回TTL 电平。

RS232电平或者说串口电平指的都是计算机9针串口的电平。

 

（四）、RS485 和 RS422 电平标准：

由于两者都采用差分传输(平行传输)的方式，所以他们的电平方式，一般都有两个A,B引脚。

发送端：A，B间的电势差U为： UB-UA:  +2 ~ +6V : 为1              -2 ~-6：为0

接收端：A，B间的电势差U为：UB-UA:   > +200mV : 为1       < -200mV: 为0

 

（五）、CAN电平标准：

CAN网络使用符合ISO11898-2标准的电平信号(差分信号)，他们的电平方式，一般都有两个 CANH 和 CANL 引脚。

CAN总线为“隐性”（逻辑 1 ）时：CAN_H和CAN_L的电平为2.5V（电位差为0V）；

CAN总线为“显性”（逻辑 0 ）时：CAN_H和CAN_L的电平分别是3.5V和1.5V（电位差为 2.5V）。

 

（六）、USB电平标准：

电源线是5V，为USB设备提供最大500mA的电流，它与数据线上的电平无关。

数据线是差分信号，通常D+和D-在 -400mV ~ +400mV间变化。

输出电压为正：1       输出电压为负：0        输出电压0：无意义

 

（七）、LVDS电平标准：(Low Voltage Differential Signal,低压差分信号)

可以达到600M以上，PCB要求较高，差分线要求严格等长，差最好不超过10mil(0.254).100Ω电阻离接收端不能超过500mil，最好控制在300mil以内。

 

（八）、Vby1电平标准：

 

计算机和MCU通信的方法：

(1) 电脑串口接口(DB9) >>> 交叉串口线(对应的RX和TX交叉接) >>> MAX232芯片(RS232--TTL) >>> MCU（单片机）(TTL)

(2) 电脑USB接口 (USB) >>> USB转串口线(USB--RS232)>>>MAX232芯片(RS232--TTL)>>>MCU（单片机）(TTL)

(3) 电脑USB接口(USB) >>> PL2303或CH340或FT232RL(USB--TTL，里面的RX和TX连接交叉)>>>MCU(单片机)(TTL)

信号分析：

电脑串口接口>>>电脑输出232电平信号>>>MAX232芯片>>>TTL电平

电脑USB接口>>>电脑输出USB电平信号>>>USB转串口线>>>232电平信号>>>MAX232芯片>>>TTL电平

电脑USB接口>>>电脑输出USB电平信号>>>PL2303或CH340芯片>>>TTL电平

 

USB转TTL芯片：

FT232RL：USB转TTL
CP2102  ：USB转TTL
PL2303   ：水货多不稳定，外围电路复杂，成本低。Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利连接的解决方案。
CH340    ：稳定，外围电路简单，成本相对高，支持常用的MODEM 联络信号RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。通过外加电平转换器件，提供RS232、RS485、RS422 等接口。软件兼容CH341，可以直接使用CH341的驱动程序。支持5V 电源电压和3.3V电源电压甚至3V 电源电压
CH341   ：USB转TTL

 

RS232转TTL芯片：

MAX232：外围电路简单，但是占用pcb面积大，不美观