On rencontre en électronique, en informatique, en radioamateur et dans les automatismes une grande variété de formats de signaux et d’interfaces série. Derrière le mot « série » — qui désigne simplement une transmission bit après bit — se cachent en réalité deux notions bien distinctes qu’il ne faut jamais confondre.
Le niveau électrique décrit la tension (ou le courant) qui représente un 0 et un 1 : TTL, CMOS, RS-232, RS-422, RS-485, boucle de courant…
Le protocole décrit la manière d’organiser ces bits dans le temps : UART, SPI, I²C, CAN, Modbus, DMX, MIDI…
Un protocole peut circuler sur plusieurs niveaux électriques, et un même niveau peut porter plusieurs protocoles. C’est pour cela que la mention « port série » ne suffit jamais : il faut toujours savoir lequel.
Tableau récapitulatif
| Format | Nature | Niveau électrique | Transmission | Remarques |
|---|---|---|---|---|
| TTL | Niveau électrique | 0 à 5 V ou 0 à 3,3 V | selon protocole | Très utilisé sur microcontrôleurs (Arduino, ESP32, Raspberry Pi). |
| CMOS | Niveau électrique | 0 à VCC (3,3 V, 5 V…) | selon protocole | Proche du TTL, mais seuils de basculement différents. |
| RS-232 | Niveau électrique | ±3 à ±15 V (souvent ±12 V) | selon protocole (asynchrone en pratique) | Ancien standard PC, ports COM, DB9. |
| RS-422 | Niveau électrique (différentiel) | Différentiel | selon protocole | Longues distances (~1200 m), un émetteur vers plusieurs récepteurs. |
| RS-485 | Niveau électrique (différentiel) | Différentiel | selon protocole | Très utilisé en industrie (Modbus), liaison multipoint. |
| Boucle de courant | Niveau électrique | 4–20 mA / 5 mA | selon protocole | Excellente immunité, longues liaisons ; base électrique du MIDI. |
| UART | Protocole (moteur série) | selon le niveau (TTL, RS-232…) | Asynchrone | Le « moteur » de la liaison série asynchrone (bits start/stop). Ce n’est pas un niveau électrique. |
| USB CDC | Protocole | USB | Asynchrone (émulé) | Émule un port série virtuel sur le PC. |
| SPI | Protocole / bus | TTL / CMOS | Synchrone | Horloge SCK séparée, très rapide (plusieurs MHz). |
| I²C | Protocole / bus | TTL / CMOS (open-drain) | Synchrone | Deux fils (SDA / SCL), bus partagé, adressage des périphériques. |
| 1-Wire | Protocole / bus | TTL | Asynchrone (temporisé, sans horloge dédiée) | Un seul fil de données (+ masse) ; le maître impose la temporisation. |
| CAN Bus | Protocole / bus | Différentiel | Asynchrone (auto-synchronisé) | Automobile, industrie. Pas de fil d’horloge : synchronisation sur les transitions de bits. |
| LIN Bus | Protocole / bus | 12 V | Asynchrone | Automobile, économique, mono-fil. |
| DMX512 | Protocole | sur RS-485 | Asynchrone | Éclairage de spectacle, 250 kbit/s. |
| Modbus RTU | Protocole | sur RS-232 ou RS-485 | Asynchrone | Automatisme industriel. |
| NMEA 0183 | Protocole | sur RS-232 ou RS-422 | Asynchrone | GPS, instruments marins (4800 bd, 38 400 pour l’AIS). |
| MIDI | Protocole | Boucle de courant 5 mA | Asynchrone | Instruments de musique, 31 250 bd, réception opto-isolée. |
| SDI-12 | Protocole | 12 V | Asynchrone | Capteurs environnementaux, 1200 bd. |
| CI-V (Icom) | Protocole | TTL | Asynchrone (semi-duplex) | Commande CAT des postes Icom (IC-7300…), un seul fil bidirectionnel. |
Le CAN est bien asynchrone : il ne possède pas de ligne d’horloge, chaque nœud se resynchronise sur les fronts des bits. Le 1-Wire n’a pas non plus d’horloge dédiée (contrairement au SPI et à l’I²C) : sa temporisation est imposée par le maître sur un fil unique.
TTL et RS-232 : mêmes bits, niveaux inversés
Le RS-232 est inversé par rapport au TTL. Un « 1 » logique correspond à un niveau haut en TTL, mais à un niveau négatif en RS-232. Les tensions sont également bien plus élevées, ce qui interdit toute connexion directe.
Les niveaux TTL les plus courants
- TTL 5 V — 0 V = 0 logique ; 5 V = 1 logique.
- TTL 3,3 V — 0 V = 0 logique ; 3,3 V = 1 logique.
- TTL 1,8 V — présent sur certains processeurs modernes.
Les niveaux RS-232
| État logique | TTL | RS-232 |
|---|---|---|
| 0 | 0 V | +3 à +15 V |
| 1 | +3,3 ou +5 V | −3 à −15 V |
C’est pourquoi on place un convertisseur comme le MAX232 entre un port TTL et un équipement RS-232 — et une puce CP2102, FT232 ou CH340 côté USB.
Asymétrique ou différentiel : la question de l’immunité au bruit
Un signal asymétrique (TTL, RS-232) circule sur un seul fil référencé à la masse : tout parasite capté s’ajoute directement au signal. Un signal différentiel (RS-422, RS-485, CAN) voyage sur deux fils portant des tensions opposées ; le récepteur ne lit que la différence, si bien qu’un parasite capté de façon identique sur les deux fils s’annule.
Interfaces différentielles en pratique
- RS-422 — excellente immunité, jusqu’à ~1200 m ; un émetteur vers plusieurs récepteurs (liaison point-à-multipoint en lecture).
- RS-485 — plusieurs équipements sur un même bus (multipoint). Existe en semi-duplex (2 fils) ou duplex intégral (4 fils). Résistances de terminaison de 120 Ω aux deux extrémités. C’est le support de Modbus RTU et du DMX512.
Point à point ou multipoint : la topologie
Le RS-232 relie deux équipements seulement. Le RS-485, lui, autorise un vrai bus partagé entre un maître et plusieurs nœuds sur la même paire.
Synchrone ou asynchrone : avec ou sans horloge
Une liaison synchrone (SPI, I²C) transporte une horloge sur un fil dédié : le récepteur échantillonne les données à chaque front. Une liaison asynchrone (UART, et donc RS-232, RS-485, CAN, MIDI…) se passe d’horloge : les deux extrémités s’accordent à l’avance sur une vitesse (le baud), et chaque octet est encadré par un bit de start et un ou plusieurs bits de stop.
Vitesses courantes
| Interface | Vitesse typique |
|---|---|
| UART / RS-232 | 300 bd → 115 200 bd (souvent 9600) |
| RS-485 / Modbus RTU | 9600 → 115 200 bd |
| I²C | 100 kHz / 400 kHz / 1 MHz et plus |
| SPI | plusieurs MHz (jusqu’à des dizaines) |
| CAN | jusqu’à 1 Mbit/s (CAN FD au-delà) |
| DMX512 | 250 kbit/s |
| MIDI | 31 250 bd |
| NMEA 0183 | 4800 bd (38 400 pour l’AIS) |
| SDI-12 | 1200 bd |
| LIN | ≤ 20 kbit/s |
| USB (Full Speed, CDC) | 12 Mbit/s |
En radioamateur
Les interfaces les plus rencontrées à la station sont :
- TTL 3,3 V — ESP32, LoRa, Meshtastic.
- TTL 5 V — Arduino.
- RS-232 — anciens transceivers, TNC.
- USB CDC — câbles CAT modernes (puce CP2102, FT232 ou CH340 → port COM virtuel).
- I²C — écrans OLED, capteurs.
- SPI — écrans TFT, modules RF.
- UART TTL — GPS, modules Bluetooth, modules radio.
- CI-V (Icom) — bus TTL semi-duplex sur un seul fil (jack 3,5 mm). Sur un IC-7300, il est aussi exposé en interne via l’USB : le poste présente deux ports COM (CAT + audio/PTT) et une carte son USB.
Ne mélangez jamais les tensions. Une sortie TTL 5 V branchée sur une entrée 3,3 V peut la détruire : passez par un adaptateur de niveau (level shifter) ou un simple pont diviseur.
Reliez toujours les masses entre deux équipements asymétriques — sauf en liaison différentielle isolée.
Isolation galvanique (opto-coupleurs) recommandée en radioamateur pour casser les boucles de masse et supprimer le ronflement ou les retours HF sur les interfaces son et CAT.
RS-485 : pensez aux terminaisons 120 Ω et vérifiez le sens semi-duplex / duplex intégral.
RS-232 : attention au croisement TX/RX (câble « null-modem »).
« Port série » : la checklist
Lorsqu’un fabricant indique simplement « port série », vérifiez toujours de quoi il s’agit, car tous utilisent un protocole série voisin mais leurs niveaux électriques sont incompatibles entre eux :
- TTL 3,3 V
- TTL 5 V
- RS-232
- RS-485
- USB série (CDC)
