USB/TTL转232模块的工作原理是什么？

一、串口协议

1.串口协议

串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
2.RS-232标准

（1）介绍

RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称RS232），它被广泛用于DCE（Data Communication Equipment ） 和 DTE（Data Terminal Equipment） 之间的连接。DCE可以理解为数据通信端，比如modem设备；DTE可以理解为数据终端，比如电脑。最早的台式电脑都会保留9针的232接口，用于串口通信，目前基本被USB接口取代。现在RS232接口常用于仪器仪表设备，PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。
（2）电气特性

[tr]电平状态电压[/tr]

0（space）	+3~+15V
1（mark）	-15~-3v V
非法状态	-3~+3V

（3）最大通讯距离及速率

协议最初规定设备最大速率为20kbps，对于16550A UART最大速率为1.5Mbps。码元畸变小于4%的情况下，DTE 和 DCE 之间最大传输距离为 15m（50 英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于 4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于 4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于 2500pF。对于普通导线，其电容值约为 170pF/m,则允许距离 L=2500pF/（170pF/m）=15m。当速率下降时，传输距离会成倍增加，下表是Texas Instruments 在不同速率下对应的传输线缆长度：
[tr]速率（bps）最大线缆长度（m）[/tr]

19200	15.24
9600	152.4
4800	304.8
2400	914.4

（4）设置

串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率（Baud Rate）、奇偶校验（Parity Check）和停止位（Stop Bit）。
波特率（Baud Rate）：
是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多少比特bits per second (bit/s)。典型的波特率是300, 1200, 2400, 9600, 19200, 115200 等bit/s。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备也可以设置为自动检测波特率。
奇偶校验（Parity Check）：
是用来验证数据正确性的。奇偶校验一般不使用，如果使用，那么既可以做奇校验（Odd Parity）也可以做偶校验（Even Parity）。
停止位（Stop Bit）：
是在每个字节数据传输之后发送的，它用来帮助接收信号方硬件重同步。
3.RS232电平与TTL电平的区别

（1）RS232电平

rs232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会（Electronic Industries AssociaTIon，EIA） 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 （DB-9） 或是25个引脚 （DB-25） 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS232的电平标准为+12V为逻辑负，-12为逻辑正，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负
（2）TTL电平

TTL电平是TTL电路输出的电平，其中“TTL”是英文“Transistor-Transistor Logic”的缩写，中文翻译为“晶体管-晶体管逻辑”，因此TTL电路就是“晶体管-晶体管逻辑电路”。
TTL电平标准：
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)/=1.3V。
（3）TTL与RS232的区别

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。
三种通信方式：
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
二、USB/TTL转232模块的工作原理

1.接口简介

（1）USB接口


通用串行总线（英语：Universal Serial Bus，缩写：USB）是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB4，传输速度为40Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W ，新型Type C接口允许正反盲插。
优点：
1.可以热插拔。就是用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，而是在电脑工作时，直接将USB插上使用。
2.携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，随身携带大量数据时，很方便。当然USB硬盘是首要之选了。
3.标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。
4.可以连接多个设备。USB在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的USB HUB时，就可以再连上；四个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。
（2）TTL串口


单片机串口是TTL电平，所以叫TTL串口或UART 串口。
TTL电平：+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”(采用二进制来表示数据时)。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。
（3）232串口

232串口，通过232电平标准工作。
R232电平，负逻辑：
逻辑1(MARK)=-3V～-15V
逻辑0(SPACE)=+3～+15V
S232 接口一共有 9 个引脚，分别定义是：
1、载波检测 DCD；
2、接收数据 RXD；
3、发送数据 TXD；
4、数据终端准备好 DTR；
5、信号地线 SG；
6、数据准备好 DSR；
7、请求发送 RTS；
8、清除发送 CTS；
9、振铃提示 RI。我们要让这个串口和我们单片机进行通信，我们只需要关心其中的 2 脚 RXD、3 脚 TXD 和 5 脚 GND 即可，这三个引脚的名字和我们单片机上的串口名字一样，但是却不能直接和单片机对连通信。
2.转换方法

CH340等芯片是直接将USB信号转换为TTL电平或者TTL电平转换为USB信号。
MAX232等芯片是将TTL转换为RS232信号或者将RS232信号转换为TTL.
（1）USB转UART（TTL）原理
用跳线帽把中间和下边的针短接在一起。右侧的 CH340T 这个电路很简单，把电源、晶振接好后，6 脚和 7 脚的 DP 和 DM 分别接 USB 口的 2 个数据引脚上去，3 脚和 4 脚通过跳线接到单片机的 TXD 和 RXD 上去。
（2）USB转232串口线原理
USB接口>>>CH340>>>MAX232>>>9针接口
信号分析：
电脑USB接口>>>电脑输出USB电平信号>>>CH340>>>TTL电平>>>MAX232芯片>>>电脑串口接口
其实 RS232 串口和 （TTL串口）UART 串口，它们的协议类型是一样的，只是电平标准不同而已，而 MAX232 这个芯片起到的就是中间人的作用，它把 UART 电平（TTL电平）转换成 RS232 电平，也把 RS232 电平转换成 UART 电平，从而实现标准 RS232接口和单片机 UART 之间的通信连接。
“USB/TTL转232”模块工作原理：
USB转串口模块可以使用5V电压供电，需要将跳帽按下图安装。
USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电，需要将跳线帽进行安装。
可以对USB转串口模块进行测试，将USB的电压引脚用跳帽接上，然后将RXD和TXD两个引脚用跳帽或者杜邦线接上。
然后打开串口终端，点击“手动发送”或者“自动发送”，如果在接收区可以接收到数据，说明USB转串口模块工作正常，否则需要检查接线是否正确、电路板元器件是否损坏。
下图是USB转串口模块的一些功能模块的标示，USB转串口电路板背后还预留了一些全信号输出的接口，可以将电线直接焊接在这些引脚上来使用预留的功能。
即便管脚没有这么多，但功能都是差不多的。
下图是对USB转串口模块的引脚标示
USB转串口电路板与单片机的接线图，VCC接线是为了单片机供电，USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，两者的GND引脚直接相连。