常见通信协议整理归纳原创

一.串行通信与并行通信

1.串行通信:简称串口(串行接口)&＃xff0c;指数据一位一位地顺序传送&＃xff0c;比如:UART,RS232,RS485等&＃xff0c;串行通信根据发送时源和接收时源是否保持一致&＃xff0c;又分为同步通信和异步通信&＃xff0c;其优点是只需要几条线就可以在系统之间交换信息

2.并行通信:数据的每一位同时在多根数据线上发送或者接收信息&＃xff0c;成本高&＃xff0c;不适宜远距离通信

二.单工&＃xff0c;半双工和全双工

图片来自于(2条消息) 单工、半双工和全双工_mayue_csdn的博客-CSDN博客_单工、半双工和全双工

a.单工:数据单向传输&＃xff1b;

b.半双工:接口任意时刻只能接收或者发送数据&＃xff0c;并存在最大传输距离的限制

c.全双工:接口可以同时接收和发送数据&＃xff0c;而且消除了半双工物理距离的限制

三.UART

UART意为通用异步收发传输器&＃xff0c;双向异步串行通信&＃43;全双工

图片来自于了解UART总线工作原理看这一篇就够了&＃xff01; - 知乎 (zhihu.com)

在两个UART之间传输数据只需要两根线&＃xff0c;数据从发送UART的Tx引脚流向接收UART的Rx引脚

数据通信格式如下图:

图片来自于UART串口协议详解 - 知乎 (zhihu.com)

(1)URAT规定&＃xff0c;总线为空闲状态时&＃xff0c;信号线状态为1&＃xff1b;

(2)起始位为0&＃xff1b;

(3)数据位&＃xff0c;先发送最低位&＃xff0c;最后发送最高位&＃xff1b;

(4)奇偶校验位:检查UART在传输过程中是否有数据发生变化&＃xff1b;

(5)停止位:通知传输数据包结束&＃xff1b;此外&＃xff0c;每一个设备都有自己的时钟&＃xff0c;很可能在通信过程中两台设备之间出现了不同步。因此&＃xff0c;停止位还可以提供计算机校正时钟的机会。停止位个数越多&＃xff0c;传输越稳定&＃xff0c;但也越慢。

四.RS232、RS485

为了使远距离的设备正常通信&＃xff0c;RS232,RS485应运而生。RS232的传输距离在15m左右&＃xff0c;RS485的传输距离可以达到1.2KM&＃xff0c;一般情况下&＃xff0c;两单片机可以通过电平转化的芯片(比如SP3232芯片)将TTL信号转化成RS232信号&＃xff0c;这样就可以延长通信距离。

RS232存在的问题:接口的信号电平值较高&＃xff0c;容易损坏接口电路的芯片&＃xff0c;又因为和TTL不兼容&＃xff0c;需要电平转换芯片与TTL电路连接&＃xff1b;通信速度较低&＃xff1b;易产生共模干扰&＃xff0c;抗干扰性弱&＃xff1b;传输距离还是较短(15m);

RS485&＃xff1a;与RS232相比&＃xff0c;主要是通信距离进一步扩大&＃xff0c;抗干扰能力增强&＃xff0c;UART和RS232只能点对点通信&＃xff0c;而RS485可以连接多个收发器&＃xff0c;具有多站能力&＃xff0c;可以建立一个设备网络。RS485采用差分信号进行数据传输&＃xff0c;两线之间电压差&＃43;2v~&＃43;6v表示逻辑1&＃xff0c;-2v~-6v表示逻辑0。因为采用两线制&＃xff0c;数据的发送和接收都要使用这对差分信号线&＃xff0c;接收和发送不能同时进行&＃xff0c;所以只能采用半双工工作方式。

 五.I2C

串行&＃xff0c;半双工总线&＃xff0c;适用于近距离&＃xff0c;低速的通信。IIC总线有两根双向的信号线&＃xff0c;一根数据线SDA用于收发数据&＃xff0c;一根时钟线SCL通信双方时钟的同步。

图片来自于IIC原理超详细讲解---值得一看_Z小旋的博客-CSDN博客_iic原理

IIC总线通信时每个字节为8位长度&＃xff0c;数据传送时&＃xff0c;先发最高位后发最低位&＃xff0c;发送器发完一个字节后接收器必须发送一位应答来回应&＃xff0c;即一帧有9位。时钟线SCL为低电平期间&＃xff0c;发送器向数据线上发送一位数据&＃xff0c;在此期间数据线上的信号允许发生变化&＃xff0c;时钟线SCL为高电平期间接收器从数据线上读取一位数据&＃xff0c;在此期间数据线上的信号不允许发生变化。

六.SPI

SPI:串行外设接口&＃xff0c;是一种高速的&＃xff0c;全双工&＃xff0c;同步的串行通信总线。SPI采用主从方式工作&＃xff0c;一般有一个主设备和一个或者多个从设备。SPI需要四根线&＃xff0c;分别是MISO(主设备输入和从设备输出)&＃xff0c;MOSI(主设备输出和从设备输入)&＃xff0c;SCLK(时钟)&＃xff0c;CS(片选)。

图片来自于SPI协议详解&＃xff08;图文并茂&＃43;超详细&＃xff09;_小麦大叔的博客-CSDN博客_spi

 寻址方式:当主设备要和某个从设备进行通信的时候&＃xff0c;主设备需要向对应的从设备的片选线上发送使能信号&＃xff0c;表示选中该从设备。

图片来自于SPI协议详解&＃xff08;图文并茂&＃43;超详细&＃xff09;_小麦大叔的博客-CSDN博客_spi

通信过程:SPI总线在进行数据传送时&＃xff0c;先发送高位&＃xff0c;后传送低位(与IIC一致)&＃xff0c;一个字节传送完成之后无需应答即可开始下一字节的传送&＃xff1b;SPI总线采用同步方式工作&＃xff0c;时钟线在上升沿或者下降沿时发送器向数据线上发送数据&＃xff0c;在紧接下来的下降沿或者上升沿时接收器从数据线上读取数据&＃xff0c;完成一位数据传送&＃xff0c;八个时钟周期即可完成一个字节数据的传送。

极性:CPOL&＃61;0&＃xff0c;空闲时SCLK为低电平&＃xff1b;CPOL&＃61;1&＃xff0c;空闲时SCLK为高电平&＃xff1b;

相位:CPHA&＃61;0&＃xff0c;每个周期的第一个时钟采样&＃xff1b;CPHA&＃61;1,每个周期的第二个时钟采样&＃xff1b;

根据不同的极性和相位&＃xff0c;SPI有四种工作状态

SPI通讯的优势:全双工&＃xff0c;高速&＃xff0c;简单软件配置&＃xff0c;数据传输不限于8位&＃xff0c;并且从机不需要唯一的地址

SPI的缺点:通常只支持一个主设备&＃xff0c;没有从机应答信号&＃xff0c;需要更多的引脚&＃xff0c;传输距离短

IIC和SPI的异同

相同点:

1.均采用串行同步的方式

2.均采用TTL电平&＃xff0c;传输距离和应用场景类似

3.均采用主从方式工作

不同点:

1.IIC为半双工&＃xff0c;SPI为全双工

2.IIC有应答机制&＃xff0c;SPI无应答机制

3.IIC通过总线广播从机地址来寻址&＃xff0c;SPI通过对从机发送使能信号来寻址

4.IIC的时钟极性和相位固定&＃xff0c;SPI可调