最全總線(xiàn)總結(jié)：UART、I2C、SPI、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB、SD卡、1-WIRE等
[導(dǎo)讀]在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，UART、I2C、RS485等普遍在用，對(duì)它們的認(rèn)識(shí)可能模棱兩可，本文把它們整理了一下。溫馨提示：本文較長(zhǎng)，建議收藏起來(lái)慢慢看。UART通用異步收發(fā)器UART口指的是一種物理接口形式(硬件)。UART是異步，全雙工串口總線(xiàn)。它比同步串口復(fù)雜很多。有兩根線(xiàn)，一根TX...
在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，UART、I2C、RS485等普遍在用，對(duì)它們的認(rèn)識(shí)可能模棱兩可，本文把它們整理了一下。
溫馨提示：本文較長(zhǎng)，建議收藏起來(lái)慢慢看。
UART通用異步收發(fā)器
UART口指的是一種物理接口形式(硬件)。
UART是異步，全雙工串口總線(xiàn)。它比同步串口復(fù)雜很多。有兩根線(xiàn)，一根TXD用于發(fā)送，一根RXD用于接收。
UART的串行數(shù)據(jù)傳輸不需要使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)同步傳輸，而是依賴(lài)于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間預(yù)定義的配置。
對(duì)于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備來(lái)說(shuō)，兩者的串行通信配置應(yīng)該設(shè)置為完全相同。
起始位：表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始，電平邏輯為“0” 。
數(shù)據(jù)位：可能值有5、6、7、8、9，表示傳輸這幾個(gè)bit 位數(shù)據(jù)。一般取值為8，因?yàn)橐粋€(gè)ASCII 字符值為8 位。
奇偶校驗(yàn)位：用于接收方對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)“1” 的位數(shù)為偶數(shù)(偶校驗(yàn)) 或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性，使用時(shí)不需要此位也可以。
停止位：表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。電平邏輯為“1”。
如果用通用IO口模擬UART總線(xiàn)，則需一個(gè)輸入口，一個(gè)輸出口。
I2C總線(xiàn)
I2C總線(xiàn)是一種同步、半雙工雙向的兩線(xiàn)式串口總線(xiàn)。它由兩條總線(xiàn)組成：串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL和串行數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA。
SCL線(xiàn)——負(fù)責(zé)產(chǎn)生同步時(shí)鐘脈沖。
SDA線(xiàn)——負(fù)責(zé)在設(shè)備間傳輸串行數(shù)據(jù)。
該總線(xiàn)可以將多個(gè)I2C設(shè)備連接到該系統(tǒng)上。連接到I2C總線(xiàn)上的設(shè)備既可以用作主設(shè)備，也可以用作從設(shè)備。
主設(shè)備負(fù)責(zé)控制通信，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行初始化，來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生所需的同步時(shí)鐘脈沖。從設(shè)備則是等待來(lái)自主設(shè)備的命令，并響應(yīng)命令接收。
主設(shè)備和從設(shè)備都可以作為發(fā)送設(shè)備或接收設(shè)備。無(wú)論主設(shè)備是作為發(fā)送設(shè)備還是接收設(shè)備，同步時(shí)鐘信號(hào)都只能由主設(shè)備產(chǎn)生。
如果用通用IO口模擬I2C總線(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口（SDA），另外還需一個(gè)輸出口（SCL）。
SPI串行外設(shè)接口
SPI總線(xiàn)是同步、全雙工雙向的4線(xiàn)式串行接口總線(xiàn)。它是由“單個(gè)主設(shè)備 多個(gè)從設(shè)備”構(gòu)成的系統(tǒng)。
在系統(tǒng)中，只要任意時(shí)刻只有一個(gè)主設(shè)備是處于激活狀態(tài)的，就可以存在多個(gè)SPI主設(shè)備。常運(yùn)用于AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間實(shí)現(xiàn)通信。
為了實(shí)現(xiàn)通信，SPI共有4條信號(hào)線(xiàn)，分別是：
- 主設(shè)備出、從設(shè)備入（Master Out Slave In，MOSI）：由主設(shè)備向從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)線(xiàn)，也稱(chēng)為從設(shè)備輸入（Slave Input/Slave Data In，SI/SDI）。
- 主設(shè)備入、從設(shè)備出（Master In Slave Out，MISO）：由從設(shè)備向主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)線(xiàn)，也稱(chēng)為從設(shè)備輸出（Slave Output/Slave Data Out，SO/SDO）。
- 串行時(shí)鐘（Serial Clock，SCLK）：傳輸時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào)線(xiàn)。
- 從設(shè)備選擇（Slave Select，SS）：用于選擇從設(shè)備的信號(hào)線(xiàn)，低電平有效。
- SPI 的工作時(shí)序模式由CPOL（Clock Polarity，時(shí)鐘極性）和CPHA（Clock Phase，時(shí)鐘相位）之間的相位關(guān)系決定，CPOL 表示時(shí)鐘信號(hào)的初始電平的狀態(tài)，CPOL 為0 表示時(shí)鐘信號(hào)初始狀態(tài)為低電平，為1 表示時(shí)鐘信號(hào)的初始電平是高電平。CPHA 表示在哪個(gè)時(shí)鐘沿采樣數(shù)據(jù)，CPHA 為0 表示在首個(gè)時(shí)鐘變化沿采樣數(shù)據(jù)，而CPHA 為1 則表示在第二個(gè)時(shí)鐘變化沿采樣數(shù)據(jù)。
UART、SPI、I2C比較
- I2C線(xiàn)更少，比UART、SPI更為強(qiáng)大，但是技術(shù)上也更加麻煩些，因?yàn)镮2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠(yuǎn)距離通信。
- SPI實(shí)現(xiàn)要簡(jiǎn)單一些，UART需要固定的波特率，就是說(shuō)兩位數(shù)據(jù)的間隔要相等，而SPI則無(wú)所謂，因?yàn)樗怯袝r(shí)鐘的協(xié)議。
- I2C的速度比SPI慢一點(diǎn)，協(xié)議比SPI復(fù)雜一點(diǎn)，但是連線(xiàn)也比標(biāo)準(zhǔn)的SPI要少。
- UART一幀可以傳5/6/7/8位，I2C必須是8位。I2C和SPI都從最高位開(kāi)始傳。
- SPI用片選信號(hào)選擇從機(jī)，I2C用地址選擇從機(jī)。
RS232串口通信
傳輸線(xiàn)有兩根，地線(xiàn)一根。電平是負(fù)邏輯：-3V~-15V邏輯“1”， 3V~ 15V邏輯“0”。
RS-232串口通信傳輸距離15米左右?？勺龅诫p向傳輸，全雙工通訊，傳輸速率低20kbps 。
下圖是DB9公頭和母頭的定義，一般用的最多的是RXD、TXD、GND三個(gè)信號(hào)。
TTL和RS-232互轉(zhuǎn)
單片機(jī)接口一般是TTL電平，如果接232電平的外設(shè)，就需要加TTL轉(zhuǎn)RS232的模塊。如下圖，可用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
RS422串口通信
RS-422有4根信號(hào)線(xiàn)：兩根發(fā)送、兩根接收和一根地線(xiàn)，是全雙工通信。
它有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。
RS485串口通信
RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。
采用兩線(xiàn)半雙工傳輸，最大速率10Mb/s，電平邏輯是兩線(xiàn)的電平差來(lái)決定的，提高抗干擾能力，傳輸距離長(zhǎng)（幾十米到上千米）。
2V~ 6V邏輯“1”，-2~-6V邏輯“0”。
TTL轉(zhuǎn)成RS-485很常見(jiàn)，比如MAX485，參考電路如下：
RE引腳：接收器輸出使能（低電平有效）。
DE引腳：發(fā)送器輸出使能（高電平有效）?？梢灾苯油ㄟ^(guò)MCU的IO端口控制。
TTL
嵌入式里面說(shuō)的串口，一般是指UART口。4個(gè)pin（Vcc,GND,RX,TX），用TTL電平。
PC中的COM口即串行通訊端口，簡(jiǎn)稱(chēng)串口。9個(gè)Pin，用RS232電平。
串口、COM口是指物理接口形式（硬件）；而TTL、RS-232、RS-485是指電平標(biāo)準(zhǔn)（電信號(hào)）。
單片機(jī)與PC通訊示意圖如下：
CAN總線(xiàn)
CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線(xiàn)的功能復(fù)雜且智能。主要用于汽車(chē)通信。
CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)這兩條線(xiàn)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的串行差分傳輸，為了避免信號(hào)的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。
每一個(gè)設(shè)備既可做主設(shè)備也可做從設(shè)備。CAN總線(xiàn)的通信距離可達(dá)10千米（速率低于5Kbps），速度可達(dá)1Mbps（通信距離小于40M）。
CAN電平邏輯
CAN總線(xiàn)采用"線(xiàn)與"的規(guī)則進(jìn)行總線(xiàn)沖裁，1
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