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[嵌入式]串口通信接口

目录

SPI(Serial Peripheral Interface)

1、SPI概述

2、SPI信号线

3、SPI典型应用

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

1、概述

2、RS232

3、RS422

4、RS485

I2C (Inter-Integrated Circuit)

1、IIC概述

2、IIC速率

3、IIC总线架构

USB (Universal Serial Bus)

?1、概述

?2、USB速率

?3、type-A

SDIO(Secure Digital Input and Output)

?1、概述

?2、SDIO总线

CAN (Controller Area Network)

概述

CAN拓扑结构?

CAN信号表示

?CAN 和CAN FD 区别

1、概述

2、传输速率不同

3、数据长度不同

4、帧格式不同

?USB-OTG (USB On-The-Go,安装上即可用)

概述

数据线

总结



SPI(Serial Peripheral Interface)

1SPI概述

SPI串行外设接口,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。

2、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;

3、SPI典型应用

SPI最典型的应用是单主机单从机,下图是接线方式,当然也可以多从机。

?UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

1、概述

UART通用异步收发器,异步串行通信总成。包括了RS232RS422RS485等接口标准规范和总线标准规范,它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。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。

2、RS232

RS-232采取单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/sRS-232点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为37kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

3、RS422

RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线,共5根线。一个主设备(Master),其余为从设Slave),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。

4、RS485

RS-485平衡传输方式、需要在传输线上接终接电阻。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。 RS-485RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s

?I2C (Inter-Integrated Circuit)

1IIC概述

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)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

2、IIC速率

  • 标准模式:100Kbit/s
  • 快速模式:400Kbit/s
  • 高速模式:3.4Mbit/s

3、IIC总线架构

?

?USB (Universal Serial Bus)

?1、概述

通用串行总线一个外部总线标准,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。

2、USB速率

  • 1MB/s=8Mbps1Byte等于8bit
  • USB1.0 低速(Low Speed 传输速率为 1.5Mbps
  • 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

?

?3、type-A

SDIO(Secure Digital Input and Output)

?1、概述

SDIO接口是在SD内存卡接口的基础上发展起来的接口,SDIO接口兼容以前的SD内存卡,并且可以连接SDIO接口的设备。

SDIO1.0标准定义了两种类型的SDIO卡:

  • 全速的SDIO卡,传输率可以超过100Mbps
  • 低速的SDIO卡,支援的时脉速率在0400KHz之间。

2、SDIO总线

SDIO总线和USB总线类似,SDIO总线也有两端,其中一端是主机(HOST)端,另一端是设备端(DEVICE),采用HOST- DEVICE这样的设计是为了简化DEVICE的设计,所有的通信都是由HOST端发出命令开始的。在DEVICE端只要能解析HOST的命令,就可以同HOST进行通信了,SDIO的HOST可以连接多个DEVICE。SDIO的信号传输模式有SPI、1-bit、4-bit三种。SD卡模式的信号线有:CLK、CMD、DAT0-DAT3,6根线。SPI模式的信号线有:CS、CLK、MISO(DATAOUT)、MOSI(DATAIN),4根线。

CAN (Controller Area Network)

概述

CAN总线是ISO 国际标准化的串行通信协议。通俗来讲,CAN总线就是一种传输数据的线,用于在不同的ECU之间传输数据。

CAN总线有两个ISO国际标准:ISO11898 ISO11519

  • ISO11898?定义了通信速率为 125 kbps1 Mbps 的高速 CAN?通信标准,属于闭环总线,传输速率可达1Mbps,总线长度 ≤ 40米。
  • ISO11519?定义了通信速率为 10125 kbps 的低速 CAN?通信标准,属于开环总线,传输速率为40kbps时,总线长度可达1000米。

CAN拓扑结构?

?

CAN信号表示

CAN总线上的电位差分为显性电平和隐性电平。其中显性电平为逻辑0,隐性电平为逻辑1
ISO11898标准(125kbps ~ 1Mbps)和ISO11519标准(10kbps ~ 125kbps)中CAN信号的表示分别如下所示:

?

?CAN 和CAN FD 区别

1、概述

CANFD:可以理解成CAN协议的升级版,只升级了协议,物理层未改变。
CanCan FD主要区别:传输速率不同、数据长度不同、帧格式不同、ID长度不同。

2、传输速率不同

Can:最大传输速率1Mbps
Can FD:速率可变,仲裁比特率最高1Mbps(与CAN相同),数据比特率最高8Mbps

3、数据长度不同

CAN:一帧数据最长8字节

CAN FD:一帧数据最长64字节。

4、帧格式不同

CanFD新增了FDF、BRS、ESI位。

FDF:表示CAN报文还是CAN-FD报文。

BRS:表示位速率转换,该位隐性时,速率可变(即BSR到CRC使用转换速率传输),该位为显性时,以正常的CAN-FD总线速率传输(恒定速率);

ESI:表示发送节点状态。

?USB-OTG (USB On-The-Go,安装上即可用)

概述

USB OTG目的是实现在没有Host的情况下,实现设备间的数据传送。OTG 检测的原理是:USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上,增添了电源管理功能,它允许设备既可作为主机,也可作为外设操作(两用OTG)

数据线

USB OTG接口中有5条线:

  • 2条用来传送数据(D+ 、D-);
  • 1条是电源线(VBUS);
  • 1条则是接地线(GND);
  • 1条是ID线。ID线—以用于识别不同的电缆端点,A外设中的ID引脚接地,B外设中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时,表示默认的是A设备(主机),而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。

?


总结

简单总结了一下常用几类通信接口,还有很多接口细节,后续补充

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加:2021-10-16 19:48:03  更:2021-10-16 19:50:13 
 
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