嵌入式100题(87):请说明总线接口USRT、I2C、USB的异同点(串/并、速度、全/半双工、总线拓扑等)...

博客探讨了UART、I2C、SPI、USB总线接口的异同。UART是通用异步串行口,可全双工;I2C是双向两线串行多主控接口,半双工;SPI是高速同步串行口,可全双工;USB是通用串行总线,半双工,设备可构成星型结构。

请说明总线接口USRT、I2C、USB的异同点(串/并、速度、全/半双工、总线拓扑等)

  UART:通用异步串行口,速率不快,可全双工,结构上一般由波特率产生器、UART发送器、UART接收器组成,硬件上两线,一收一发。

  I2C:双向、两线、串行、多主控接口标准。速率不快,半双工,同步接口,具有总线仲裁机制,非常适合器件间近距离经常性数据通信,可实现设备组网。

  SPI:高速同步串行口,高速,可全双工,收发独立,同步接口,可实现多个SPI设备互联,硬件3~4线。

  USB:通用串行总线,高速,半双工,由主机、hub、设备组成。设备可以与下级hub相连构成星型结构。

### 总线接口USRTI2CUSB的区别与联系 #### 1. 数据传输方式 - **USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter)** 是一种同步行通信协议,数据通过一对线路进行传输,在发送方和接收方之间保持时钟信号的一致性[^1]。 - **I2C (Inter-Integrated Circuit)** 使用两根双向电线完成多设备间的行通讯。一根用于传递时钟脉冲(SCL),另一根负责传送资料(SDA)。 - **USB (Universal Serial Bus)** 支持高速度的数据交换,采用分层星型拓扑结构来连接多个外设到主机系统;它本质上也是基于行的方式工作,但内部实现较为复杂,涉及包封装机制等特性[^2]。 #### 2. 传输速率 - 对于USRT而言,其具体的传输速度取决于所使用的具体硬件平台以及配置参数,通常情况下可以达到几十Kbps至几Mbps不等[^4]。 - I2C标准模式下的最高速率为100 kbit/s,快速模式下可达400 kbit/s,而高速版本则能支持高达3.4 Mbit/s 的数据流传输效率。 - USB有多种规格,比如USB 2.0理论上最高带宽为480 Mbps,USB 3.x系列更是能够提供超过5 Gbps甚至更高的理论峰值吞吐量。 #### 3. 双工模式 - USRT具备双工能力,意味着可以在同一时间既发送又接受信息而不互相干扰。 - I2C属于半双工类型,即在同一时刻只能有一个方向上的有效数据流动,不过由于存在独立的时钟线允许一定程度上的发操作。 - USB主要设计成主从架构中的单向或交替式双向通道,对于低速(HID类)设备可能是仅限于短消息的通知形式,而对于其他类型的装置则是实现了完整的双向交互功能。 #### 4. 总线拓扑 - USRT本身不限定特定物理布局,更多是指定了一套电气特性和逻辑定义,实际应用中可根据需求构建或多节网络。 - I2C允许多个主控单元共存于同一个总线上形成复杂的分支结构,但是为了防止冲突发生往往需要精心规划地址分配方案。 - USB遵循严格的树状层次化模型,其中心位置为主机控制器,向外延伸出若干集线器节进而连接末端的各种外部组件。 ```python # Python伪代码展示三种接口初始化设置对比 def init_usrt(port='COM1', baudrate=9600): usrt_config = { 'port': port, 'baudrate': baudrate, # 更多功能选项... } return usrt_config def init_i2c(address=0x20): i2c_config = {'address': address} return i2c_config def init_usb(device_id="VID_XXXX&PID_YYYY"): usb_config = {'device_id': device_id} return usb_config ```
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