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常见的通讯协议总结USART、IIC、SPI、485、CAN-CSDN博客
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5分钟看懂!串口RS232 RS485最本质的区别_哔哩哔哩_bilibili 喜欢几位博主老师老师的还请看原贴/原视频 数据通信 数据通信是指通过某种传输媒介如电线、光纤、无线电波等在计算机系统或设备之间传输数据的过程。这两种通信方式都是实现数据传输的基本技术它们在数据传输的实现方式上有所不同但都遵循一些共同的通信原理和协议。 串行通信与并行通信(两种基本的数据通信) 串行通信
特点 数据逐位传输传输线少长距离传输时成本低但数据的传输控制较复杂。按照实现数据同步的方式可以分为同步串行和异步串行两种。
串行通信指的是数据按位顺序一个接一个地在单一的通信线上进行传输。它通常使用更少的线缆因此在物理布线上更为经济。串行通信的速度可能较慢但适合长距离通信。常见的串行通信协议包括RS-232、RS-485、I2C、SPI、UART等。
如下图 并行通信
特点 多位数据同时传输传输控制简单传输速度快但是在长距离传输时硬件成本较高。
并行通信允许多个数据位同时在多个通道上进行传输。它需要更多的线缆因此在物理布线上成本更高。并行通信通常速度更快但不适合长距离通信因为信号间的干扰和同步问题会随着距离增加而变得更加严重。常见的并行通信协议包括PCI、AGP、SATA等。 二者对比 传输模式 下面我们就来了解串行通信的几种常见协议 UART
概念 UARTUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步接收器/发送器是一种串行通信协议广泛应用于嵌入式系统和各种设备之间的通信。
主要内容 1. 串行、异步、全双工通信UART允许数据在发送和接收设备之间进行全双工通信即同时发送和接收数据且通信是异步的不需要时钟信号来同步数据位。 2. 数据帧格式UART的数据帧通常由起始位、数据位、奇偶校验位可选、停止位组成。数据位通常为7或8位起始位为1位停止位可以是1或2位。 3. 波特率Baud Rate波特率是UART通信的数据传输速率表示每秒传输的码元数量。常见的波特率有300、1200、2400、9600、19200、38400、115200等。 4. 数据位数据位是实际传输的数据可以是7位或8位取决于通信双方的约定。 5. 起始位和停止位起始位是一个逻辑“0”位用于标记数据帧的开始停止位是一个或两个逻辑“1”位用于标记数据帧的结束。 6. 奇偶校验奇偶校验位用于检测数据传输过程中的错误可以是奇校验或偶校验。 7. 硬件结构UART通常包括发送模块和接收模块以及用于控制通信的寄存器和控制逻辑。 8. 控制信号UART通信可能包括控制信号如载波检测CD、载波发送CTS、请求发送RTS、允许发送TX、载波接收RX等。 9. 错误检测和纠正UART协议可以通过奇偶校验位来实现基本的错误检测但不具备错误纠正能力。 10. 应用场景UART广泛应用于嵌入式系统、微控制器、计算机与外部设备如打印机、调制解调器等之间的通信。 uart框架图 只考虑RX,TX,GND 帧格式
下图是一帧数据额基本格式 10位(181) UART不足-由此产生了其他通信 1.不能远距离传输信号(RS232 RS485) 2.通信速度慢 (SPI) 3.不能实现一对多的通信(IIC) TTL电平
TTL高电平 2.4V-5V 低电平0-0.4V 为什么不能远距离通信: 串口通信使用TTL电平抗干扰的能力比较弱(一般就是同一块电路板上的两个芯片 和 距离比较进的两块电路板之间) (像我们调试串口设备的时候进程就会用到CH340这个USB和TTL的转接口)
如下图 TTL高电平最小为2.4V 低电平最大为0.4V 只差了2V --当受到静电的时候低电平很容易变成高电平对数据传输造成干扰 受到静电干扰低电平变成高电平 -- 串口通信的距离很短
(1m之内一块电路板上的两个芯片电脑和芯片) RS232/RS485 - 解决UART不能远距离通信 RS232异步双全工图 工作原理 232电平 高电平(3V-15V) 低电平(-15V-3V) 通过MAX232这课芯片把TTL电平转为232电平 -- (RS232 只是改变了电平大小传输的数据是不变的也是全双工通讯)
转换结果如下 注意 转换是双向的
RS232的转换实例
最大好处 -- 抗干扰能力增强 优化效果
抗干扰能力增强 -通信距离可达15m
对应传输的速率只有20k (太慢啦 -- RS485来解决) RS485图异步半双工 工作原理
只需要两根线 去表示逻辑0,1 串口TTL信号转为差分信号(通过差分信号去表示逻辑0,1) 差分信号为什么抗干扰能力强
1.使用两个信号的差值去表示逻辑0,1
2.使用双绞线 可以看成在受到干扰的时候两个信号同时受到干扰他的差值不变--抗干扰能力强 优化效果 2000m 的传输距离 50M的串口频率 支持1对多通信 注意 RS485是半双工通讯只有两跟线去差分控制电平不能T/S收发否则需要四根线 这样就能一主多从通信了 RS232 和 RS485对比图 RS232靠拉大电平区间
RS485靠差分 SPI 同步全双工- 解决UART传输慢的问题 UART为什么慢 波特率 - 每秒传输的符号如位、字节等的数目 以115200 为例: 算出对应的传输速率 //对于115200的波特率当考虑到通常的串行通信格式如1个起始位、8个数据位、1个停止位且没有校验位时每个字节实际上需要10个位来传输。 -- 115200 Bps (波特率) ÷ 10 位/字节 11520 Bps (字节每秒) //1 kB千字节等于1024 B字节 11520 Bps ÷ 1024 11.25 kbps(kb/s) SPI框架图
SPI采用一主多从 SPI的四条数据线 1.SS -- 片选 信号线(一般低电平有效(根据接收对象而定)主机选择需要通信的从机) 2.SCK时钟信号线 (由主设备产生)
3.MOSI (主发从接) 4.MISO(从发主收) SPI向存储器读写数据 写数据
我们采用的存储器SS是高电平有效
四种采集方式
时钟SCK的空闲态: 高/低电平 上升沿/下降 的四种组合。 下面给出空闲态是低电平上升沿采集的方式样例
采样条件 1.SS为有效电平(这里是高电平) 2.SCK是上升沿(也可以是下降沿 --具体需要查看芯片手册) 采样图 读写数据表 IIC 由于串口通信需要约定波特率 -- 早起单片机的频率标比较低以及精度的问题 -- 传输速率太快容易出现误码
SPI 加入一个CLOCK信号通过上升沿去读取数据,这样之后就完全不依赖系统时钟的准确度了 而是完全依赖自带的时钟信号去做信号的同步能大大提高传输的速率最大10M(适用:SD卡和屏幕这种对速率有要求的外设会采用这种协议) IIC -- 最大优势支持多设备的相互通信 概念 I2C同步半双工通讯协议(InterIntegrated Circuit)引脚少硬件实现简单可扩展性强不需要 USART、 CAN 等通讯协议的外部收发设备现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
特点 (1) 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中可连接多个 I2C 通讯设备支持多个通讯主机及多个通讯从机。 (2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路一条双向串行数据线(SDA) 一条串行时钟线(SCL)。数据线即用来表示数据时钟线用于数据收发同步。 (3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。 (4) 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时会输出高阻态而当所有设备都空闲都输出高阻态时由上拉电阻把总线拉成高电平。 (5) 多个主机同时使用总线时为了防止数据冲突会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。 (6) 具有三种传输模式标准模式传输速率为 100kbit/s 快速模式400kbit/s 高速模式下可达 1Mbit/s但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。 (7) 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。 IIC框架图
一主多从
典型的总线协议 时钟线完全是由主机掌握 , 数据线 在 应答位 和读数据的释放给从机 IIC下各种状态
注意 SCL为高打的时候才能表示状态
SDA高 -空闲 SDA下降沿起始信号 开始传递信息之后(传递完起始信号之后) SDA 高 - 逻辑1 SDA低 - 逻辑0 给出一组数据样例 SDA上升沿 - 停止信号 读写数据帧
