单片机通信总述——理论部分(CAN、串口、SPI、I2C等)

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#单片机 #嵌入式硬件

于 2022-12-06 15:21:22 首次发布

本文深入探讨了嵌入式系统中的关键通信技术，包括串口、CAN、I2C和SPI通信的基础概念、工作原理及应用场景。介绍了串口通信的全双工特性、波特率设置等；CAN通信的总线竞争机制、位同步方法；I2C通信的时钟同步信号；SPI通信的同步传输原理。

一、基础概念

1.1 通信方法

并行通信：传输原理：数据各个位同时传输；优点：速度快；缺点：占用引脚资源多。是指使用 8、16、32 及 64 根或更多的数据线(有多少信号为就需要多少信号位)进行传输的通讯方式，可以同一时刻传输多个数据位的数据。

串行通信：传输原理：数据按位顺序传输；优点：占用引脚资源少；缺点：速度相对较慢。

是指设备之间通过一根数据信号线，地线以及控制信号线，按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式，同一时刻只能传输一位(bit)数据。

1.2 通信方向

单工： 数据传输只支持数据在一个方向上传输。信息只能单方向传输的工作方式，一个固定为发送设备，另一个固定为接收设备，发送端只能发送信息不能接收信息，接收端只能接收信息不能发送信息，只需一根信号线

半双工：允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信。可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替进行，其实也可以理解成一种可以切换方向的单工通信，同一时刻必须只能一个方向传输，只需一根数据线。

全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在同一时刻，两个设备之间可以同时收发数据，全双工方式无需进行方向的切换，这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2根数据线。

1.3 通信方式

同步通信：带时钟同步信号传输。如SPI，IIC通信接口。收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据，通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或下降沿对数据线进行采样，对应时钟极性与时钟相位。

I2C 的同步通信：

异步通信：不带时钟同步信号。如UART(通用异步收发器),单总线。不需要时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些同步用的信号位，或者把主体数据进行打包，以数据帧（串口：起始位数据校验位(可以没有) 停止位）的格式传输数据，某些通讯中还需要双方约定数据的传输速率（波特率），以便更好地同步。