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VGA/HDMI/DP接口和USB、串口通信协议

article 2024/9/29 6:07:55

1、视频接口

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开始之前我们先聊一聊数字信号和模拟信号，模拟信号和数字信号的不同之处在于它们所传输的信息的形式。模拟信号是一个连续的信号，可以以在无限小的时间内进行测量。数字信号则是以离散的形式进行传输，它的数值只能是离散的、有限的值。这意味着，数字信号的数值是被限制在一定的范围内的，而模拟信号则没有这种限制。模拟信号可以承载的信息量更细腻。

但是，模拟信号会受到噪声和失真的影响，这些影响可能会改变信号的特性。数字信号则可以通过各种算法进行处理和纠正，以确保传输的精确性和可靠性。因此，数字信号更容易被保护和复制，而模拟信号则更容易受到干扰和噪音的影响。

此外，数字信号的传输速度更快，可以在更短的时间内传输更多的信息，这是因为数字信号可以通过高速数字信号处理器进行处理和编码。相比之下，模拟信号的传输速度受到技术和物理因素的限制。。

1.1 VGA

首先，我们来了解一下VGA接口。VGA，全称Video Graphics Array，是一种模拟传输接口。它的最大特点是兼容性较好，能够连接大部分老式显示器和投影仪。由于VGA采用模拟信号传输，因此在传输高分辨率视频信号时，可能会出现信号衰减和干扰，导致图像质量下降。此外，VGA接口不支持音频传输，需要另接音频线。

1.2 HDMI接口

接下来，我们来看看HDMI接口。HDMI，全称High-Definition Multimedia Interface，是一种数字传输接口，支持高清音频和视频传输。与VGA相比，HDMI的最大优势在于其高分辨率支持能力，可以轻松实现全高清（1080p）甚至4K分辨率的视频传输。同时，HDMI接口还内置了音频传输功能，无需额外连接音频线，大大简化了连接过程。
HDMI接口成为了现代高清显示设备的首选接口，广泛应用于电视、显示器、投影仪等设备。

1.3 DP接口

DP，全称DisplayPort，同样是一种数字传输接口，支持高质量的音视频传输。与HDMI相比，DP接口在某些方面具有更高的性能。例如，DP接口支持更高的分辨率和刷新率，能够满足专业图形处理和游戏玩家的需求。

此外，DP接口还支持多屏输出和菊花链连接，方便用户进行多屏扩展和连接多台显示器。然而，由于DP接口的普及程度相对较低，一些老旧设备可能并不支持该接口。
参考文章：同样是视频接口，VGA、HDMI与DP有何不同？

2、串口

2.1 大模型介绍

串口是一种用于串行通信的接口，它允许设备通过单个数据线按位发送和接收数据。

基本概念：串口，全称为串行端口或串行接口，是计算机与外部设备之间进行数据传输的一种方式。与传统的并行通信相比，串口通信只需使用一对传输线（一条用于发送数据，另一条用于接收数据），因此能够显著减少所需的硬件资源，并简化电路设计。
技术标准：RS-232是最广为人知的串口通信标准之一，由美国电子工业联盟（EIA）在1970年代提出。它定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的物理连接和信号标准。尽管RS-232在现代高速通信中逐渐被USB等更先进的技术所取代，但它仍在许多工业应用和旧系统中广泛使用。
主要优点：串口通信的主要优势在于其简单性和成本效益。由于只涉及少量的数据线和控制线，串口设备的制造和维护成本相对较低。同时，串口通信的距离可以很长，理论上可以达到数十米，这对于某些工业应用尤为重要。
实际应用：在现代通信技术迅速发展的背景下，串口仍广泛应用于各种领域，包括工业控制、医疗设备、科研仪器以及一些老旧设备的维护和升级。特别是在那些对速度要求不高但对可靠性和稳定性有较高要求的场合，串口通信仍然是一个有效的选择

2.2 博客介绍

串口、UART口、COM口、USB口是指物理接口形式（硬件），前三种都是串口相关，USB口不属于串口范畴。而 TTL、RS-232、RS-485是指的电平标准（电信号），属于是看到问题的不同角度。

串口：串口是一个泛称，全称是串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口（Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。UART、TTL、RS232、RS485都遵循类似的通信时序协议，因此都被通称为串口。

UART接口：异步串行（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），UART是串口收发的逻辑电路，这部分可以独立成芯片，也可以作为模块嵌入到其他芯片里，单片机、SOC、PC里都会有UART模块。同步串行接口（英文：Synchronous Serial Interface，SSI）是一种常用的工业用通信接口。异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。属于硬件电路范畴。

串口和COM口：
串口（Serial Port）和COM口本质上是同一类接口，属于硬件电路范畴，但它们之间存在一些细微的差别。以下是对两者的综合对比：

定义与功能：串口通常指的是各种采用串行通信方式的接口，如UART、RS-232等。它主要用于设备之间的低速数据通信。COM口特指电脑或其他电子设备上遵循RS-232标准的DB9或DB25接口，用于实现设备间的串行数据通信。
技术标准与电平：串口可以包括多种电平标准，如TTL、RS-232、RS-485等。不同的电平标准适用于不同的应用场景。COM口通常使用RS-232电平，这是一种特定的逻辑电平表示方法，其中高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1。
硬件接口与外观：串口可以是各种形式的硬件接口，包括但不限于USB转串口、TTL电平等。COM口在电脑上通常表现为DB9或DB25的连接器，这是其独特的物理形态。
用途与应用
串口：串口广泛应用于工业控制、嵌入式系统等领域，适合不需要高速数据传输的场合。
COM口：COM口主要用在旧式电脑及其外设连接，如早期的鼠标、打印机等，但随着技术的发展，许多现代电脑已不再配备COM口。

TTL、RS-232和RS-485是三种不同的电平标准，用于串行通信中表示逻辑电平。以下是对它们的介绍：

TTL：TTL是一种基于晶体管-晶体管逻辑的电平标准，通常用于数字电路内部或短距离设备间的通信。其信号电平范围为0V至5V，其中0V代表逻辑0，5V代表逻辑1。由于电压范围较小，TTL的抗干扰能力相对较弱，因此它通常用于电路板上芯片之间的通信。
RS-232：RS-232是一种由电子工业联盟（EIA）制定的异步传输标准接口。它的电平标准与TTL不同，逻辑0对应+3V至+15V，逻辑1对应-3V至-15V。这种高电压的设计使得RS-232能够支持较长的通信距离，但同时它也限制了通信速率和可靠性。RS-232通常用于计算机与外设之间的低速数据通信。
RS-485：RS-485是一种差分信号传输标准，适用于长距离和多设备通信。在RS-485中，逻辑0由两线间电压差为-(2_{6)V表示，逻辑1由两线间电压差为+(2}6)V表示。这种差分传输方式具有很强的抗干扰能力，使得RS-485能够在有噪声的环境下稳定工作。RS-485支持半双工通信，即在同一时间只能发送或接收数据。
总的来说，TTL、RS-232和RS-485各有特点，适用于不同的应用场景。TTL适合短距离和低速率的通信，RS-232适用于中距离和较低速率的通信，而RS-485则适用于长距离和高速率的通信环境。

USB口：通用串行总线，和串口完全是两个概念。虽然也是串行方式通信，但由于USB的通信时序和信号电平都和串口完全不同，因此和串口没有任何关系。USB是高速的通信接口，用于PC连接各种外设，U盘、键鼠、移动硬盘、当然也包括"USB转串口"的模块。（USB转串口模块，就是USB接口的UART模块）

区分：串口，COM口，UART，USART
串口通信基础（一）——串行与并行通信，同步与异步通信
串口、COM口、UART口, TTL、RS-232、RS-485区别详解

3. 波特率

3. 1 串口波特率

串口波特率是指串口通信系统中传输数据的速率。在UART串口通信中，数据以位（bit）的形式传输，波特率是指每秒钟传输的位数。在串口通信中，波特率是非常重要的参数，因为波特率可以直接影响到通信的质量和效率。本文将介绍串口波特率的分类、选择以及应用。

3. 2 串口波特率的分类

根据不同的应用需求，串口波特率包括以下几种：
标准波特率：包括2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等标准波特率。

自适应波特率：根据通信双方的通信协议和传输介质自动选择合适的波特率，以提高通信效率和稳定性。

可编程波特率：可以根据需要自行设置波特率，适用于一些特殊应用场景。

高波特率：包括46800、230400、460800、921600等高波特率，适用于对数据传输速度要求较高的应用。

3. 3 串口波特率的选择

在选择串口波特率时，需要考虑以下几个因素：

1、传输速度：波特率越高，传输速度越快，但也会增加传输错误的可能性。

2、传输距离：波特率越高，传输距离越短，因为高速传输会导致信号衰减。

3、硬件支持：串口波特率需要与硬件设备匹配，如果硬件设备不支持高速传输，则无法使用高波特率。

一般来说，9600波特率是最常用的，适用于大多数串口通信场景。如果需要更快的传输速度，可以选择19200或38400波特率。对于需要高速传输的场景，可以选择57600或115200波特率。需要注意的是，不同的设备和应用场景可能需要不同的波特率设置，因此在选择波特率时需要根据具体情况进行调整。同时，还需要确保串口通信的两端的波特率设置相同，否则会导致通信失败。