UART
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通用异步收发器,串行、全双工、异步通信总线。
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重点是异步,和同步相对应,意思是不需要同步的时钟,通信两端预先约定好波特率(每秒传多少bit),而不是由时钟触发的。
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波特率:用于描述UART通信时的通信速度,其单位为bps 即每秒钟传送的bit的数量。
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串口一次发送一个字节的数据,避免收发双方时钟不同步。
- 全双工
- UART通信时一般直接使用处理器使用的电平,即TTL电平;
(5V系统,逻辑1: 2.4V–5V 逻辑0: 0V–0.5V)
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UART存在的问题:
RS232
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RS-232接口符合美国电子工业联盟(EIA)制定的串行数据通信的接口标准;
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全双工
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接口
DB-25、DB-9;现在工业控制的RS-232接口一般只使用RXD、TXD、GND三条线;
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RS232逻辑电平
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逻辑“1”为-3到-15V
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逻辑“0”为+3到+15V
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电平转换(RS232-TTL)
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RS232存在的问题
注:共模干扰是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。
RS485
- 串行通信标准
- 半双工
- RS485采用两线制(双绞线),这种接线方式为总线式拓扑结构,在同一总线上可以同时存在多个节点;
该标准允许连接多个收发器,即具有多站能力,这样可以利用单一的RS485接口方便地建立起一个设备网络。
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RS485逻辑电平
采用差分信号进行数据传输
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两线间的电压差为+2v到+6v表示逻辑“1”
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两线间的电压差为-2v到-6v表示逻辑“0”
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优点:
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使用差分信号能有效地减少噪声信号的干扰,延长通信距离(1500m)
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RS485接口信号的电平比RS232降低了所以不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便地与TTL电路连接;
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电平转换(TTL-RS485)
IIC总线
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IIC总线是由Philips公司开发的一种半双工、双向二线制、同步串行总线。
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IIC总线有两根双向的信号线,一根数据线SDA用于收发数据,一根时钟线SCL用于通信双方时钟的同步;
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同一时刻可以单主机多从机或单主机单从机,I2C总线上的任意设备都可以当主机(同一时刻只有一个主机),一般主机是MCU,当有多个主机时,会通过总线仲裁的方式选出一个主机,其他退出作从机。
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主要用于近距离、低速的芯片之间的通信。
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通信过程
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寻址方式
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空闲状态,SCL和SDA 处于高电平
- 一帧包含9位,8位数据,先传送高位,后低位;1位应答位,接收器发送低电平应答发送器。
- 时钟线SCL低电平,发送数据,SCL高电平,接受数据。
SPI
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串行外设接口(Serial Peripheral Interface)
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SPI是一种高速的,全双工,同步的通信总线,SPI的速率比I2C高,一般可以到几十Mbps。
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采用主从工作方式。
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SPI至少需要四根线,MIS0(主设备输入从设备输出)、MOSI(主设备输出从设备输入)、SCLK(时钟)、CS(片选)
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寻址方式
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通信过程
- 数据传送时,先传送高位,后传送低位;
- 数据线为高电平表示逻辑'1’,低电平表示逻辑'0’;
- 无需应答;
- 同步时钟通信;
- 时钟线在上升沿(下降沿)时发送数据,在紧接着的下降沿(上升沿)时读取数据;
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极性和相位
SPI总线四种不同的工作模式,取决于极性(CPOL)和相位(CPHL)这两个因素。
- CPOL表示SCLK空闲时的状态
- CPOL=0,空闲时SCLK为低电平
- CPOL=1,空闲时SCLK为高电平
- CPHA表示采样时刻
- CPHL=0,每个周期的第一个时钟沿采样
- CPHL=1,每个周期的第二个时钟沿采样
主从设备的工作模式必须保持一致。
- CPOL表示SCLK空闲时的状态
IIC和SPI的异同
◼ 相同点
1.均采用串行、同步的方式
2.均采用TTL电平,传输距离(距离短)和应用场景类似(电路板芯片之间的通信);
3.均采用主从方式工作
◼ 不同点
1.IIC为半双工,SPI为全双工;
2.IIC有应答机制,SPI无应答机制;
3.IIC通过向总线广播从机地址来寻址,SPI通过向对应从机发送使能信号来寻址;SPI传输速度快于IIC;
4.IIC的时钟极性和时钟相位固定,SPI的时钟极性和时钟相位可调