RS232电平和TTL电平有什么不同？如何转换？

RS232是工业上常用的串口标准，无论是PLC的RS232串口模块，还是工控机的串口（COM），输出的电平都称为RS232电平。同时我们知道这些模块的内部控制单元都是单片机，其电平为TTL电平。那么TTL电平和RS232电平有什么不同？它们之间又是怎么转换的呢？今天这篇文章，我们就来谈谈这个话题。

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”。

在数字电子技术中，使用晶体管（三极管）可以构成不同的逻辑电路，常见的有“TTL与非门电路”、“TTL或非门电路”、“集电极开路与非门电路”等等。下面这张图，是TTL与非门电路的电路图：

在该电路中，当输入端全是高电平（Ua=Ub=Uc=3.6V）时，T2和T5导通，T3微导通，T4截止，输出电压Uy=0.3V；

当输入端有低电平（例如：Ua=0.3V ,Ub=Uc=3.6V）时，T2和T5截止，T3和T4导通，三极管BE结导通压降为0.7v，则Uy=5V-0.7V-0.7V=3.6V。

我们看到，TTL电路的工作电压是5V，它的输出可以是高电平（3.6V）或者低电平（0.3V）。

由于电平是一个连续变化的电压范围，为了用这种模拟量的电压来表示数字量的逻辑1和逻辑0，TTL电平规定：

对于输出电路：电压大于等于（≥）2.4V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.4V为逻辑0；对于输入电路：电压大于等于（≥）2.0V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.8V为逻辑0；

再来看看RS232电平。RS232是美国电子工业协会于1962年发布的串行通信接口标准，其中RS为英文“Recomend Standard”的缩写，中文翻译为“推荐标准”，232为标示号。该标准对串行通信的物理接口及逻辑电平都做了规定。

最简单的RS232通信由三条数据线组成，即TxD、RxD和GND。RS232采用负逻辑电平，即-15V~-3V代表逻辑"1"，+3V~+15V代表逻辑"0"。这里的电平，是TxD线（或者RxD线）相对于GND的电压。（关于物理接口，请参考文章：工业串口通信之掀起串口的盖头）

可见，TTL电平和RS232电平，无论是在电压范围还是在极性上（RS232是负逻辑）都有很大的不同。显然，这两种电平是不能直接相连的。

为了把单片机的TTL电平转换成RS232电平，通常我们需要一个专用的转换芯片，比如TI公司的MAX3232或者ST公司的ST3232。

下面这张图，是MAX3232的外观与引脚图：

MAX3232一端与单片机的引脚相连，另一端与RS232的串口相连，完成了TTL电平到RS232电平的转换。其原理图如下：

好了，关于TTL电平与RS232电平的内容就先聊到这里。欢迎点击扩展链接查看更多文章。

分立元件构成的RS232转TTL电路

RS232是常用的串行通信接口标准之一，提到RS232转TTL，很多人想到的是使用max232，sp3232等集成芯片来解决，其实用分立元件也能实现该功能，下面详细介绍由分立元件构成的RS232转TTL电路。

一、知识储备

先来复习下RS232及TTL电平的标准

TTL 电平

RS232电平

电压范围

0~5V

-15~+15V

输入电压

L: <1.2V

L: +3~+15V

H: >2.0V

H: -3~-15V

输出电压

L: <0.8V

L: +3~+15V

H: >2.4V

H: -3~-15V

特点

正逻辑电平

负逻辑电平

二、电路分析

分立元件构成的RS232转TTL电路

电路如上图所示， PC_RXD、PC_TXD是232信号的输入、输出，RXD、TXD是TTL信号的输入输出。RS232闲时输出逻辑“1”，即PC_TXD 为H: -3~-15V 。

下面详细分析各主要元器件的作用及电路原理

1、主要元器件的作用

（1）C1、D1：构成负压充电电路；

（2）D2：钳位作用，Q2三极管9013射极击穿电压只有5V，D2将PC_232输出逻辑“1”时的电压钳位在0.7V作用，防止高压击穿Q2；

（3）C1、R4构成负压的放电电路；

2、电路原理分析

（1）PC_TXD->TXD数据发送部分

当PC_TXD输出逻辑“1”（-15V）时，Q2的基极被钳位在0.7V，Q2截止，TXD输出逻辑“1”（约5V）；

当PC_TXD输出逻辑“0”（15V）时，Q2导通，TXD输出逻辑“0”（约0V）；

同时通过D1给C1充电，使得C1的负极对地电压为-15V；

（2）RXD-> PC_RXD数据接收部分

当RXD接收到逻辑“1”（5V），Q1截止，PC_RXD点的电压由C1经R4提供，约为-15V，即接收到逻辑“1”；

当RXD接收到逻辑“0”（0V），Q导通截止，PC_RXD点的电压约为5V，即接收到逻辑“0”；

三、总结

该电路的巧妙之处在于利用了RS232闲时输出负电压的特点，借用闲时的负压为电容充电从而得到负压，实现了TTL输入逻辑“1”（高电平）到RS232输如为“1”（低电平，负电压）的转换。

个人分析该电路还存在一个疑点，大家可以看一下是否正确。即当TTL的RXD输入为低时，Q1导通，电源+5V通过Q1、R7会给C1反向充电 ，长期处于此状态，是否会对电容C1造成损坏，还请指教，仿真如下图示：

RXD为低时，存在一个小电流给C1反向充电

RXD为高时，该电流是否可以忽略

以上为个人理解，有不对的地方欢迎大家讨论。

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