TTL/CMOS/RS232/RS485电气特性
协议分为硬件协议和软件协议，而通讯协议属于软件协议，它包含报头包围的格式，MODBUS是应用层通讯协议，主要用于传送和接收报文包的格式。软件协议就像交通工具，硬件协议就像路径。
RS232/RS485是物理层的串行接口，它可以支持几十种通讯协议，MODBUS只是其中的一种，MODBUS可分为MOSBUS RTU/ACSII，MODBUS+(MODBUS PLUS)和MODBUS TCP/IP等。前两种是在串行链路上使用的通讯协议（串口通讯），后
一种是以太网口基于TCP/IP协议的MODBUS通讯协议。
1.RS232电气特性
RS232电平或者说串口电平，指的都是计算机9针串口（RS232）的电平，采用负逻辑：-15V~-3V 代表逻辑“1”；+3V~15V代表逻辑“0”。
RS232是采用不平衡传输方式，而RS485/RS422采用平衡传输方式（差分信号）。RS232是3线，全双工，Tx---GND 代表发送信号；Rx---GND代表接收信号；
2.RS485/RS422电气特性
由于两者均采用差分传输（平衡传输）的方式，所以它们的电平方式，一般有两个引脚A，B。
发送端AB间的电压差：+2V~+6V 代表逻辑“1”，-2V~-6V代表逻辑“0”；
接收端AB间的电压差：大于+200mV代表逻辑“1”，小于-200mV代表逻辑“0”；
3.常用电平标准
常用的电平标准TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。
① TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管逻辑
Vcc：5V；
VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；
VIH>=2V；VIL<=0.8V。
因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。
② LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)
3.3V LVTTL：
Vcc：3.3V；
VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；
VIH>=2V；VIL<=0.8V。
2.5V LVTTL：
Vcc：2.5V；
VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；
VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。
更低的LVTTL不常用就先不讲了。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。
TTL使用注意：TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。要下拉的话应用1k以下电阻下拉。TTL输出不能驱动CMOS输入。
③ CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS
Vcc：5V；
VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；
VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。
相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。对应3.3V LVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。
3.3V LVCMOS：
Vcc：3.3V；
VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；
VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。
2.5V LVCMOS：
Vcc：2.5V；
VOH>=2V；VOL<=0.1V；
VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。
CMOS使用注意：CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。
④ ECL：Emitter Coupled Logic 发射极耦合逻辑电路(差分结构)
Vcc=0V；Vee：-5.2V；
VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；
VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。
速度快，驱动能力强，噪声小，很容易达到几百M的应用。但是功耗大，需要负电源。为简化电源，出现了PECL(ECL结构，改用正电压供电)和LVPECL。
⑤ PECL：Pseudo/Positive ECL
Vcc=5V；
VOH=4.12V；VOL=3.28V；
VIH=3.78V；VIL=3.64V
⑥ LVPELC：Low Voltage PECL
Vcc=3.3V；
VOH=2.42V；VOL=1.58V；
VIH=2.06V；VIL=1.94V。
ECL、PECL、LVPECL使用注意：不同电平不能直接驱动。中间可用交流耦合、电阻网络或专用芯片进行转换。以上三种均为射随输出结构，必须有电阻拉到一个直流偏置电压。(如多用于时钟的LVPECL：直流匹配时用130欧上拉，同时用82欧下拉；交流匹配时用82欧上拉，同时用130欧下拉。但两种方式工作后直流电平都在1.95V左右)
⑦ LVDS：Low Voltage Differential Signaling
差分对输入输出，内部有一个恒流源3.5-4mA，在差分线上改变方向来表示0和1。通过外部的100欧匹配电阻(并在差分线上靠近接收端)转换为±350mV的差分电平。
LVDS使用注意：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(0.25mm)。100欧电阻离接收端距离不能超过500mil，最好控制在300mil以内。
下面的电平用的可能不是很多，篇幅关系，只简单做一下介绍。
⑧ CML：是内部做好匹配的一种电路，不需再进行匹配。三极管结构，也是差分线，速度能达到3G以上。只能点对点传输。
⑨ GTL：类似CMOS的一种结构，输入为比较器结构，比较器一端接参考电平，另一端接输入信号。1.2V电源供电。
Vcc=1.2V；VOH>=1.1V；VOL<=0.4V；VIH>=0.85V；VIL<=0.75V
⑩ PGTL/GTL+：
Vcc=1.5V；VOH>=1.4V；VOL<=0.46V；VIH>=1.2V；VIL<=0.8V
HSTL是主要用于QDR存储器的一种电平标准：一般有V¬CCIO=1.8V和V¬¬CCIO= 1.5V。和上面的GTL相似，输入为输入为比较器结构，比较器一端接参考电平(VCCIO/2)，另一端接输入信号。对参考电平要求比较高(1%精度)。
SSTL主要用于DDR存储器。和HSTL基本相同。V¬¬CCIO=2.5V，输入为输入为比较器结构，比较器一端接参考电平1.25V，另一端接输入信号。对参考电平要求比较高(1%精度)。HSTL和SSTL大多用在300M以下。
4.TTL与CMOS电平的比较
(一) TTL高电平3.6~5V，低电平0V~2.4V
CMOS电平Vcc可达到12V
CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc，而输出低电平约为0.1Vcc。
CMOS电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。
TTL电路不使用的输入端悬空为高电平
另外，CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格。用TTL电平他们就可以兼容
(二)TTL电平是5V，CMOS电平一般是12V。
因为TTL电路电源电压是5V，CMOS电路电源电压一般是12V。
5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电路，因此不能互相兼容匹配。
(三)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。
CMOS电平：
输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。
输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.
一般单片机、DSP、FPGA他们之间管脚能否直接相连. 一般情况下，同电压的是可以的，不过最好是要好好查查技术手册上的VIL,VIH,VOL,VOH的值，看是否能够匹配（VOL要小于VIL，VOH要大于VIH，是指一个连接当中的）。有些在一般应
用中没有问题，但是参数上就是有点不够匹配，在某些情况下可能就不够稳定，或者不同批次的器件就不能运行。
5.通信波特率与信号传输距离之间的关系
结论：RS485/RS232 通信过程中波特率越高，传输的距离越短。
首先我们先看下什么是比特率，比特率的定义是这样的，是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second)。比如在实际的通信过程中我们常将比特率设置为9600 bps，即每秒传输9600个bit也即是每秒传输9600/8=1200个字节（一个字节等
于8bit）。比特率越高代表传输速度越快，意味数据变化的越快（电平高低切换越快），频率也因此越高。而在通信过程中的导线的电感是一定的为常数：它的电感用L0表示的话那么L0=μ0 ×L×（In2L/R-0.75)/2π
L0：圆截面直导线的电感 [H] ；
L：导线长度 [m] ；
R：导线半径 [m]；
μ0 ：真空导磁率，μ0=4π10-7 [H/m]
而导线的感抗等于：
XL = 2πfL ，XL 就是感抗，f 是频率，L 是线圈电感（上面公式已经说明已确定导线中的电感是不变的），也就是说频率f越大，感抗XL越大，对信号的阻碍能力越强，信号消耗越大，传输距离也就越短。
转自：https://blog.csdn.net/a1552424793/article/details/57074467