常见通信协议理解

uart

UART：一个设备，对电气没有规定
UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的简称，意为通用异步收发传输器，UART包含TTL电平的串口和RS-232电平的串口，使用UART通信的双方设备都需要遵从UART协议。
UART功能：串行数据和并行数据之间的转换

TTL电平

• TTL概述
  TTL是Transistor-Transistor Logic的简写，是一种电平逻辑，晶体管-晶体管逻辑。
• 标准TTL电平逻辑
  逻辑1代表高电平，连接到电源VCC，逻辑0为低电平，连接到电源地。
  逻辑1，高电平，VCC（3.3V/5V）
  逻辑0，低电平，GND（0V）
• USB转TTL
• 与单片机连接

USB

• USB
  USB是Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术，特点是传输速度快，支持热插拔，可连接多个设备。
  • USB速率
    • USB1.0 低速（Low Speed） 传输速率为 1.5Mbps；
      • 1MB/s=8Mbps（1个Byte等于8bit）
    • USB1.1 全速（Full Speed） 传输速率为 12Mbps；
    • USB2.0 高速（High Speed） 传输速率为 480Mbps；
    • USB3.0 超速（SuperSpeed） 传输速率为 5Gbps；
    • USB3.1 Gen2 超高速（SuperSpeed+） 传输速率为 10Gbps；
  • USB接口定义
    最常见的的Type-A型USB接口定义如上。

RS485

• RS-485：接口标准
• RS-485和RS-232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA/EIA-485-A，习惯称为RS-485标准，RS-485弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点。
    RS-485和RS-232单端传输不一样，是差分传输，使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一个定义为B。
  • RS-485电平逻辑
    RS-485是差分传输，一般收发器内部是一个发送器加一个收发器组成。下图是收发器典型的功能框图。对于使能信号，字母上面加一横的为低电平有效，不加的为高电平有效。

RS-232

• RS-232：总线/接口标准，对电气特性有规定
  被广泛用于计算机串行接口外设连接，连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。
  • RS-232电平逻辑
    RS-232不同于TTL的电平逻辑，为负逻辑，负12V代表高电平逻辑1，正12V代表低电平逻辑0，电压也有标准范围。
    • 高电平，逻辑1，-15V to -3V
    • 低电平，逻辑0，＋3V to +15
  • DB9接口定义
    • 下图是DB9公头和母头的定义，一般用的最多的是RXD、TXD、GND，三个信号。

IIC

• IIC：总线I2C通信协议介绍 – 知乎 (zhihu.com)
  IIC总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，IIC只需要两根线进行通信，SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）
    上图是I2C总线的典型结构，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，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。
  • IIC速率
    标准模式：100Kbit/s
    快速模式：400Kbit/s
    高速模式：3.4Mbit/s

SPI

• SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，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，不同的器件当主机和当作从机的速率一般不同。
  • SPI信号线
    • MISO – Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出；
    • MOSI – Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入；
    • SCLK – Serial Clock，时钟信号，由主设备产生；
    • CS – Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制；
  • SPI典型应用

CAN

• CAN是Controller Area Network的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现在是汽车网络的标准协议。
  • 电平逻辑

1-WIRE

• 单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术，与SPI、I2C串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。
  • 1-WIRE典型框图
    • 当MCU发送逻辑1时，经过反相器，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑1；
    • 当MCU发送逻辑0时，经过反向器，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑0；
    • 同理，当1WIRE器件发送逻辑1时，Tx处有NMOS会导通，总线呈现逻辑0，经过MCU Rx处的反相器，MCU会收到逻辑1；
    • 发送逻辑0时，NMOS截止，总线呈现逻辑1，MCU会收到逻辑0；