STM32-- 通讯-串口通讯、RS485、232、SPI、I2C

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已于 2024-11-22 10:41:47 修改 · 1k 阅读

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#嵌入式硬件

于 2024-06-03 14:40:40 首次发布

数据传输：一次传输一个比特，通过单一的通信线路（或通道）。
应用：常用于连接鼠标、键盘、打印机、调制解调器等设备，以及嵌入式系统中的设备间通信。
标准：包括RS-232、RS-422、RS-485等。

并口（并行接口）
数据传输：一次可以传输多个比特，通过多个并行线路。
应用：曾广泛用于打印机连接（Centronics接口），以及某些扫描仪和外部存储设备。
标准：包括Centronics、IEEE 1284等。

串行通信与并行通信的比较

传输方式：串行通信是按位顺序传输，而并行通信是多位同时传输。
传输速度：串行通信速度较慢，但随着技术发展，高速串行通信标准已经可以支持非常高的数据传输速率。并行通信理论上可以更快，但实际应用中受到信号同步和干扰的限制。
传输距离：串行通信更适合长距离传输，因为信号不容易失真。并行通信则因为信号同步问题，通常限于较短的距离。
抗干扰性：串行通信因为使用单根线，所以抗干扰性较强。并行通信由于多根线之间可能产生串扰，抗干扰性相对较弱。
成本和复杂性：串行通信的硬件成本和复杂性较低，因为只需要少数几根线。并行通信需要更多的线，增加了成本和复杂性。
现代应用：随着技术的发展，串行通信（尤其是USB）已经取代了并行通信在大多数应用中的地位。

1.同步和异步

同步串口通信（Synchronous Serial Communication）

数据块传输：同步串口通信通常用于数据块的传输，其中数据被组织成帧或数据包。
时钟信号：同步通信需要一个时钟信号来同步发送方和接收方的数据传输。这个时钟信号可以是内部的或外部的。
高速数据传输：由于使用了时钟信号，同步串口可以支持更高的数据传输速率。
全双工通信：同步串口通常支持全双工通信，即可以同时发送和接收数据。
应用场景：常用于存储设备（如硬盘驱动器）、音频和视频传输，以及需要高速数据传输的应用。
硬件支持：同步串口通信通常需要硬件支持，如SPI（串行外设接口）或SDIO（安全数字输入输出）、I2C（Inter-Integrated Circuit集成电路互联）。

异步串口通信（Asynchronous Serial Communication）

字符传输：异步串口通信通常用于字符级别的传输，每个字符的发送和接收是独立的。
起始位和停止位：每个字符前后都有起始位和停止位，用于标记字符的开始和结束。
波特率：使用波特率来定义字符传输的速度，而不是时钟信号。
半双工或全双工通信：异步串口可以支持半双工或全双工通信，但在同一时间内只能发送或接收。
应用场景：广泛用于计算机与外部设备（如打印机、调制解调器）之间的通信，以及微控制器之间的通信。
硬件支持：异步串口通信通常由UART（通用异步收发器）或USART（通用同步/异步收发器）硬件支持。

比较

时钟信号：同步通信需要时钟信号同步数据传输，而异步通信使用波特率和起始/停止位来控制数据传输。
数据传输速率：同步通信通常可以实现更高的数据传输速率。
全双工能力：同步通信更易于实现全双工通信。
硬件要求：同步通信可能需要更复杂的硬件支持。
应用范围：异步通信由于其简单性和灵活性，在许多标准设备和微控制器中更为常见。

2.全双工，半双工，单工

全双工、半双工和单工是描述通信通道工作方式的术语，它们指的是在通信过程中发送和接收数据的能力。

全双工（Full Duplex）

全双工通信允许数据同时双向传输，即通信的双方可以同时发送和接收信息。这种模式类似于电话通话，两个人可以同时讲话和听对方讲话。

特点:

同时发送和接收：数据可以在两个方向上同时流动。
通信效率：由于数据可以连续不断地双向传输，通信效率较高。
常用技术：以太网（Ethernet）、双工RS-422和RS-485总线等。

半双工（Half Duplex）

半双工通信允许数据双向传输，但在同一时间内只能有一个方向的数据传输。这意味着发送和接收不能同时进行，通信双方需要交替进行发送和接收。

特点:

交替发送和接收：数据可以在两个方向上传输，但不是同时。
通信效率：通信效率可能低于全双工，因为需要时间来切换发送和接收模式。
常用技术：某些类型的无线通信、某些网络协议等。

单工（Simplex）

单工通信只允许数据在一个方向上传输。在这种模式下，只有一个通信方可以发送数据，而另一个通信方只能接收数据。

特点:

单向传输：数据只能从发送方流向接收方。
通信效率：通信效率可能较低，因为没有反馈或确认机制。
常用技术：广播、电视信号传输、某些类型的警报系统等。

比较

全双工：可以想象成一条双向道路，车辆可以同时双向行驶。
半双工：类似于单车道的道路，车辆需要交替行驶，不能同时双向行驶。
单工：类似于一条单向道路，车辆只能朝一个方向行驶。

在实际应用中，选择哪种通信模式取决于通信需求、成本、技术限制和系统设计。例如，电话系统需要全双工通信以实现双向对话，而广播系统则使用单工通信，因为信息只从广播站向听众单向传输。

3.SPI

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛使用的同步串行通信协议，用于短距离通信，主要应用于微控制器和它们的外围设备之间。SPI是一种全双工通信协议，它允许数据在两个方向上同时传输。

SPI的主要特点：

全双工通信：SPI可以在两个方向上同时发送和接收数据，这是通过单独的数据线（MOSI - 主设备发送，从设备接收；MISO - 主设备接收，从设备发送）实现的。
同步通信：SPI使用一个时钟信号（SCLK或SCK）来同步数据传输，数据在时钟信号的上升沿或下降沿被采样。
主从架构：SPI通信需要一个主设备来初始化通信，它可以是微控制器或其他类型的设备。主设备控制时钟信号并选择从设备。
最少三线接口：SPI通信至少需要三条线：主设备发送（MOSI）、主设备接收（MISO）和时钟信号（SCLK）。
片选（Chip Select）：SPI通常使用单独的片选线（CS或[nSS]），主设备可以通过这根线来选择特定的从设备。
数据速率：SPI的数据传输速率（时钟频率）可以变化，取决于主设备和从设备的速率能力。
灵活性：SPI协议相对简单，易于实现，支持多种数据格式和传输速率。
广泛的应用：SPI被广泛应用于各种电子设备，包括传感器、存储器、显示器、音频设备等。

SPI的工作流程：

初始化：主设备通过片选线选择特定的从设备，并将数据线配置为发送或接收模式。
发送时钟信号：主设备生成时钟信号，从设备根据这个信号同步数据传输。
数据传输：主设备通过MOSI线发送数据，同时从设备通过MISO线发送数据给主设备。
结束通信：主设备停止发送时钟信号，并通过片选线取消选择从设备，结束通信。

SPI的配置参数：

时钟极性（CPOL）：时钟信号的空闲状态，可以是高电平或低电平。
时钟相位（CPHA）：数据采样的时钟相位，可以是第一个时钟周期的边缘或第二个时钟周期的边缘。
数据顺序：数据传输的顺序，可以是高位在前（MSB First）或低位在前（LSB First）。

SPI是一种非常灵活且高效的通信协议，适用于需要高速数据传输和简化布线的应用场景。然而，由于SPI是同步通信协议，它要求所有设备共享一个时钟信号，这可能会限制其在某些分布式系统中的使用。

SPI常用引脚：

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种常见的串行通信协议，用于微控制器和它们的外围设备之间的通信。SPI通信协议通常涉及以下四种基本的引脚（接口信号）：

MOSI (Master Out Slave In) - 主设备发送，从设备接收：这是主设备用来向从设备发送数据的线路。
MISO (Master In Slave Out) - 主设备接收，从设备发送：这是从设备用来向主设备发送数据的线路。
SCLK (Serial Clock) - 时钟信号：由主设备生成的时钟信号，用于同步数据传输。数据通常在SCLK的上升沿或下降沿采样。
CS (Chip Select) - 片选信号：这是一个控制信号，用于激活特定的从设备。在SPI总线上可以连接多个从设备，每个从设备都有自己的CS引脚。当主设备想要与特定从设备通信时，它会将该设备的CS引脚拉低（使能），其他设备的CS引脚保持高电平（禁用）。

除了这些基本的SPI引脚，某些设备或特定的SPI实现可能还包括以下额外的引脚：