Posted By Liang Bird on 1 月 2, 2020 in Maker電子學, UART界面, 教學文 | 2 comments

上篇文章【Maker電子學】認識UART界面#1—訊號格式，我們聊了 UART 界面的訊號格式，以及它爲什麼不需要 clock 就能收送訊號，這次我們要繼續來探討 UART 界面與實體世界之間許多通訊標準的關係。

UART 與 RS-232C

在開發 MCU 程式時，常常要把 MCU 的 UART 連接到 PC 來燒錄程式或 debug，但 MCU 上的串列通訊界面是 UART，PC 上的串列通訊界面是 RS-232C，這兩者到底有什麼關係，它們又有什麼不同呢？

如同上一次說明的，UART 是邏輯電路上的概念，它會隨著邏輯電路的電壓位準不同而改變。在 3.3 V 的邏輯電路上，UART 的 1 是 3.3 V，0 是 0 V；但是在 5 V 的邏輯電路中，UART 的 1 是 5 V，0 是 0 V。

邏輯電路的訊號是設計用在短距離、小尺寸的電路板上的，它其實無法跑太長的纜線。爲了解決這個問題，美國的電子工業聯盟 EIA 指定了一系列可以讓 UART 的訊號傳送較長距離的通訊規格標準，而這其中最爲人熟知的就是 RS-232C 這個標準。

最早的 RS-232 標準是由 EIA 在 1960 年制定，之後經過幾次修改，在 1969 年公佈的 RS-232C 成爲個人電腦上最普及的通訊界面（在 USB 界面席捲全世界之前，幾乎每一部電腦都有至少一個 9-pin 的 D 型連接器，那就是 RS-232C）。

RS-232C（圖片來源：Bird 提供）

RS-232C 標準誕生距今剛好 50 年，雖然已是一個老舊的技術，但它對這個世界的影響之深遠仍然餘韻不絕。RS-232C 的電氣特性標準簡單來說是這樣：

• 邏輯 0：傳送端 +5 V ~ +15 V / 接收端 +3 V ~ +15 V
• 邏輯 1：傳送端 -5 V ~ -15 V / 接收端 -3 V ~ -15 V

換句話說，它是用電壓的正、負來代表邏輯的 0 和 1，而且它能容許的電壓範圍相當大。在正常狀況下，RS-232C 上不會出現接近 0 V 的電壓，因爲就算沒有在傳送資料，它的邏輯準位也會維持在 0（就是 UART 的 idle high），傳送端因此會發送 +5 V ~ +15 V 的電壓，接收端也會收到 +3 V ~ +15 V 的電壓；如果 RS-232C 的線上出現 0 V 左右的電壓，就代表線可能根本沒接（這個特性可讓接收端用來偵測纜線是否脫落）。

那麼 UART 和 RS-232C 之間要如何轉換呢？有一顆歷史悠久的 IC 可以來幫我們做這件事。

話說 MAX232/MAX3223

MAX232 是 Maxim 在 1987 年推出的一顆 RS-232C 的傳送/接收器 IC，它的傳送器可以將 5 V 邏輯準位的訊號轉換到 RS-232C 的訊號，而接收器則可以將 RS-232C 的訊號轉換爲 5 V 邏輯準位的訊號。