单片机中的几种通信方式,你都了解吗?

USART,RS232,RS485,IIC,SPI

基本概念:

串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485是指的电平标准(电信号)

TTL:TTL电平信号之所以被广泛使用,原因是:通常我们采用二进制来表示数据。而且规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式,被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统。

UART,是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),既然是“器”,显然,它就是个设备而已,要完成一个特定的功能的硬件,它本身并不是协议。那么它要完成什么功能呢?它的最基本功能,是串行数据和并行数据之间的转换。我们知道,计算机中的数据以Byte为基本单位,对一个Byte的存取是并行的,即,同时取得/写入8个bit。而串行通信,需要把这个Byte“打碎”,按照时间顺序来收发以实现串行。

RS232/RS485,是两种不同的电气协议,也就是说,是对电气特性以及物理特性的规定,作用于数据的传输通路上,它并不内含对数据的处理方式。比如,最显著的特征是:RS232使用3-15v有效电平,而UART,因为对电气特性并没有规定,所以直接使用CPU使用的电平,就是所谓的TTL电平(可能在0~3.3V之间)。更具体的,电气的特性也决定了线路的连接方式,比如RS232,规定用电平表示数据,因此线路就是单线路的,用两根线才能达到全双工的目的;而RS485, 使用差分电平表示数据,因此,必须用两根线才能达到传输数据的基本要求,要实现全双工,必需用4根线。但是,无论使用RS232还是RS485,它们与UART是相对独立的,但是由于电气特性的差别,必须要有专用的器件和UART接驳,才能完成数据在线路和UART之间的正常流动。RS232、RS-485最终结果都是转换为TTL电平方式与单片机通信(CAN收发器把差分信号转化为TTL-->CAN控制器(MCU))。其目的都是提高通信质量,提高抗干扰能力。

RS232,全双工(逻辑1:-15V--5V 逻辑0:+3V--+15V)。232是三线制非差分信号,收发各使用一根信号线,通过这几根信号线与地线的电压差,来判断传输的数据。所以232是全双工的。但传输距离很近,一般不超过十米。

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RS485,半双工、(逻辑1:+2V--+6V 逻辑0: -6V---2V)这里的电平指AB 两线间的电压差。485是二线制差分信号,也就是实际传输的数据是通过判断这两条信号线上的电压差来实现的,正因如此,485半双工的,也就是发送和接收不能同时进行,也因如此,485的通讯距离,可以达到几千米。

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CAN总线:逻辑1:-1.5V--0V 逻辑0:+1.5V--+3V)这里的电平指CAN_High、CAN_Low 两线间的电压差。

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IIC、I2C 协议在 SCL 高电平时对 SDA 信号采样, SCL 低电平时 SDA准备下一个数据

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SPI、SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。

(1)SDI – SerialData In,串行数据输入;
(2)SDO – SerialDataOut,串行数据输出;
(3)SCLK – Serial Clock,时钟信号,由主设备产生;
(4)CS – Chip Select,从设备使能信号,由主设备控制。

其中,CS是从芯片是否被主芯片选中的控制信号,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),主芯片对此从芯片的操作才有效。这就使在同一条总线上连接多个SPI设备成为可能。

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