SPI/I2C/UART/USART/RS232/RS422/RS485/CAN的区别(转载)

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于 2022-01-30 15:02:28 首次发布

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本文详细介绍了串行通信的各种形式，包括异步与同步通信的区别、串行与并行通信的特点，以及不同通信协议如SPI、I2C、UART、RS485和CAN的工作原理与应用场景。

本文主要是引用https://blog.youkuaiyun.com/fengel_cs/article/details/105200663, “同步/异步，串行/并行，SPI/I2C/UART/RS485/CAN等简单介绍与区别”，并有所补充。

一、异步通信

所谓异步通信是指数据传送以字符为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间传送基本同步。
发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。异步为非阻塞模式
以字符为单位传送信息。
相邻两字符间隔长度不确定。
必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。
异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。

二、同步通信

所谓同步通信，是指数据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间，字符内部的位与位之间都同步。
发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。同步为阻塞模式。
以数据块为单位传送信息。
在一个数据块（信息帧）内，字符与字符与字符间无间隔。
因为一次传输的数据块中包含的数据较多，所以接收时钟与发送时钟严格同步，通常要有同步时钟。
同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流。

三、串行与并行通信

串行通信指计算机与I/O设备之间数据传输的各位按顺序依次一位接一位进行传送。通常数据在一根数据线或一对差分线上传输。
并行通信是指计算机与I/O口设备间通过多条传输线交换数据，数据的各位同时进行传送。
串行通信传输速度慢，但使用传输设备成本低，适合于远程通信；并行通信的速度快，但传输设备成本高，适合于近距离通信。

四、串行通信数据传送方向

单工：是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。
半双工：数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行传输。发送时不能接收，接收时不能发送
全双工：是指数据可以同时进行双向传输。发送时可以接收，接收的同时可以发送。

五、具体通信协议(SPI/I2C/UART/USART/RS485/CAN)

SPI---------同步通信(有同步时钟)；串行通信；全双工；主从通信(某一时刻可以出现多个从机，但只能存在一个主机，主机通过片选线来确定要通信的从机)。
I2C---------同步通信；串行通信；半双工；主从通信（总线上支持多个主机和多个从机，总线上任何能够进行发送/接收数据的设备都可以占领总线。当然，任意时间点上只能存在一个主控。多主控，主器件同时争夺总线控制权时，可仲裁）。
UART-----异步通信；串行通信；全双工；对等总线，没有仲裁机制，所以只能挂载两个同时收发数据的设备(只能点对点)，双方都可以发送和接收。
USART—通用同步异步收发器，跟uart一样，它是个设备，一个要完成特定功能的硬件，本身不是协议。当异步通信时，与UART一样。区别在于USART可以用于同步通信，USART同步通信时可以用作SPI。

下面介绍一下RS232/422/485的区别。
注意: RS是Recommend Standard的意思，后面的232, 422和485表示这个标准修改了232/422/485次。

RS232---- 全双工。注意UART是通信协议，RS232是电气接口标准。注意RS232没有用差分信号，所以抗干扰能力不强，最多传20米。再长就要用工业界常用的RS422和RS485。
RS422---- 全双工。需要5根线。
RS485----异步通信；串行通信；半双工 (只需要3根线A/B/G，A,B是差分信号，G是控制信号)；RS485是单主从结构，即一个总线上只能有一台主机，通讯都由它发起的，它没有下命令，下面的节点不能发送，而且要发完即答，收到答复后，主机才向下一个节点询问，这样是为了防止多个节点向总线发送数据，而造成数据错乱。如果是一主多从，从机靠自身地址区分。具体特性详见485通信要点_fengel_cs的专栏-优快云博客.
CAN-------异步通信；串行通信；半双工；CAN是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲，而马上发送，这样省了主机的问，提高了总线利用率，增强了快速性。所以在汽车等实性要求高的系统，都是用CAN总线。
SNMP-----网管协议，放这里主要想说明它可以通过trap的方式主动上报数据，比如服务端产生了告警或fault，那么服务端可以通过trap方式主动上报，不需要等客户端主动查询后，才响应。

CAN 和 A429区别
https://aviation.stackexchange.com/questions/22120/what-is-the-difference-between-can-and-arinc
Comparing CAN bus to ARINC 429:

Cable
CAN: STP or UPT, possible to implement on fiberoptic cable
ARINC 429: STP
Speed
CAN: 1 Mbit/s (high speed) / 125 Kbit/s (low speed)
ARINC 429 100Kbit/s (high speed) / 10-14 Kbit/s (low speed)
Directionality
CAN: bi-directional, connected units can send and receive on the same cable.
ARINC 429: uni-directional, a unit either transmits or receives from a cable.
Number of units on a single bus
CAN: unlimited, although in practice no more than about 32 units will be sharing a bus to avoid data collisions.
ARINC 429: one transmitter can serve at most 20 receiving units on a single cable.
Since ARINC 429 has only a single transmitter, timely data arrival is guaranteed, while CAN has to incorporate transmission collision detection & correction which incurs non deterministic time overhead.

On the other hand, ARINC 429 only uses a parity bit for bit level error detection whilst CAN allows for various methods including CRC checks