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[嵌入式]USART(RS232422485)、I2C、SPI、CAN、USB总线

1、并行与串行

并行传输:并行传输指的是数据以成组的方式,在多条并行信道上同时进行传输,是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。

串行传输:使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别适用于计算机与计算机、外设之间的远距离通信。

并行传输和串行传输的区别_金陵大掌柜的博客-CSDN博客_串行和并行的区别

2、同步传输和异步传输

异步通信:是一种很常用的通信方式。异步通信在发送字符时,所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然,接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符,因此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。异步通信的好处是通信设备简单、便宜,但传输效率较低;

同步通信:也称抑制载波双边带通信。它是一种在发射端发送一个抑制载波的双边带信号,而在接收端恢复载波,再进行检波的通信方式。因为恢复的载波与被接收的信号载波同频同相,故取名为同步通信;

同步传输和异步传输-太平洋IT百科

同步通信和异步通信的主要区别是什么?_百度知道

3、单工、半双工、全双工

单?:是指信道的全部带宽都?于发送?给接收?发送数据,也就是说信息只能往?个?向传送。发送?只能发送数据,不需要有接收数据的能
?;接收?只能接收数据,不需要有发送数据的能?。?如?线电?播就属于单?通信,?播电台只负责发送数据,听众的收?机只负责接收数
据。
半双?:就是通信的双?都可以发送数据和接收数据,但不能同时发送和接收数据。?如A向B发送数据时,信道的全部带宽都?于A向B发送数
据,此时B不能向A发送数据;当A向B发完数据后,B可以向A发送数据,此时信道的全部带宽都?于B向A发送数据,此时A不能向B发送数据。
?如?线对讲机就属于半双?通信。
全双?:和半双??样通信的双?都可以发送数据和接收数据,不同的地?在于双?收发数据可以同时进?。?如现代的电话通信就属于全双?
通信。

3、I2C:I2C总线(读做“I?C”或“I2C”)是飞利浦公司发布了?款通信总线标准。所谓总线是指在?线数据线上同时并联多个设备,设备是指连接在通信线上的芯?或模块。在I2C总线上的设备分为主设备和从设备,每?组I2C总线上只能有1个主设备,主设备是主导通信的,
它能主动读取各从设备上的数据。?从设备只能等待主设备对??读写,如果主设备?操作,从设备?已不能操作总线。I2C总线理论上可挂接?百个从设备,每个从设备都有?个固定的7位或10位从设备地址,相当于?份证号码。主机想读写哪个从设备就向所有从设备发送?个从设备地址,只有号码?致的从设备才会回应主设备。

4、I2C,SPI,UART和CAN的区别:

I2C,SPI,UART和CAN的区别 - 百度文库

USART(RS232422485)、I2C、SPI、CAN、USB总线 - 百度文库

5、

波特率 :在串行通信中,用 “ 波特率” 来描述数据的传输速率。所谓波特率,即每秒钟传送的二进制位数,其单位为 bps ( bits per second )。它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。

发送/接收时钟 :在串行传输过程中,二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现的,如何对这些数字波形定时发送出去或接收进来,以及如何对发/收双方之间的数据传输进行同步控制的问题就引出了发送/接收时钟的应用。?
在发送数据时,发送器在发送时钟(下降沿)作用下将发送移位寄存器的数据按串行移位输出;在接收数据时,接收器在接收时钟(上升盐)作用下对来自通信线上串行数据,按位串行移入移位寄存器。可见,发送/接收时钟是对数字波形的每一位进行移位操作,因此,从这个意义上来讲,发送/接收时钟又可叫做移位始终脉冲。另外,从数据传输过程中,收方进行同步检测的角度来看,接收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具。为此,接收器采用比波特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力。?

时钟同步:时钟同步是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系,其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现,以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行。在数字通信网中,数据通信设备通过信号发送端在发送数字脉冲信号时将脉冲放在特定的时隙中,而接收端要能够在特定的时隙将该脉冲提取出来,以保证发送端和接收端正常通信。信号发送端和接收端的时钟保持一致,是双方能正常准确通讯的前提条件。时钟同步特性可以保证通讯双方发送/接收时钟的同步。

上升沿、下降沿:数字电平从0变为1 的那一瞬间叫作上升沿 ,从1到0的那一瞬间叫作下降沿!

时隙:时隙可以理解为通道,多人共用一个资源,采用分时的方法处理,1个时隙相当于1个通道

秒懂确定性网络之玩转时隙 | SDNLAB | 专注网络创新技术

时隙同步星星之火-19:手机如何与基站进行时钟同步、时隙同步?_文火冰糖的硅基工坊的技术博客_51CTO博客

时分复用:
对于一条TDM链路,时间被划分为固定区间的帧,并且每帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时,网络在每个帧中为该连接指定个时隙。这些时隙专门由该连接单独使用,一个时隙( 在每个帧内)可用于传输该连接的数据。

同步时分复用和异步时分复用

同步时分复用(ATDM)技术
时隙预先分配且固定不变,无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙,这就形成了时隙浪费,其时隙的利用率很低,为了克服STDM的缺点,引入了异步时分复用技术。

异步时分复用(STDM)技术:
又被称为统计时分复用技术( Statistical Time Division Multiplexing, 它能动态地按需分配时隙,以避免每个时间段中出现空闲时隙。ATDM就是只有当某一个用户有数据要发送时才把时隙分配给它;当用户暂停发送数据时,则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输。另外,在ATDM中,每个用户可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率,而且传输速率可以高于平均速率,最高速率可达到电路总的传输能力,即用户占有所有的时隙

通俗点讲时分复用就是当多个用户同时传送数据的,我们采用将时间段分成一小份一小份的,然后在每一小份时间间隙中传送相应用户的的数据。同步时分复用就是只根据用户依次将时间间隙分给用户传送数据,如果此时时隙刚好分配给用户A,但用户A此时并没有数据要传输,那么就相当于这个时隙被浪费了,时隙空闲。异步时分复用就是时隙只会分配给当前有数据传输的用户,这样就不会造成时隙浪费了。

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时钟门控:时钟门控(Clock-Gating)一直以来都是降低微处理器功耗的重要手段,主要针对寄存器翻转带来的动态功耗。如何更加有效地设计时钟门控对于最大限度地降低功耗,同时保证处理器的性能至关重要。多核多线程微处理器中,多个功能部件可能不是同时工作的,对于无执行任务的功能部件就可以将其时钟关闭,减少其随时钟翻转进行多余的内部寄存器翻转,从而降低产生功耗的浪费和热量聚集。

时钟门控_百度百科

寄存器与GPIOSTM32入门——寄存器与GPIO_骤雨南山下的博客-CSDN博客_stm32gpio寄存器

6、通信方式对比:

串行:数据按位传输;
并行:数据并行发送;
同步:发送端和接收端同时处理;
异步:发送端和接收端不同时处理;
单工:设备只能做发送端/接收端;
半双工:设备同一时刻只能做发送/接收;
全双工:设备同一时刻即可做发送又可做接收;

\通信类型物理接口通信协议应用举例
串口串行异步全双工TX/RX起始位+数据位+奇偶校验位+停止位串口转USB,串口转485
SPI串行同步全双工CS/SCK/MISO/MOSI同发同收,上升沿采样/下降沿采样FLASH/OLED/SD/触摸屏
IIC串行异步半双工SCL/SDA开始条件+设备地址+w/r+应答+数据+应答+……+停止位SHT20 MPU6050 HP-6 7 寸电容屏
8080并行CS/RD/WR/DC/D[16:0]时序图TFTLCD屏
RS485串行异步半双工A/B同串口设备之间通信
RS232串行异步全双工TX/RX同串口设备之间通信
单总线串行半双工DAT时序图DHT11

通信类别

I2C

SPI

Uart

Modbus

RS485

通信类型

串行传输

串行传输

异步串行口

串行传输

传输方式

单工

全双工

全双工

半双工

半双工

传输速度

I2C协议v2.1规定了100K,400K和3.4M三种速率(bps)

速度比I2C快,无具体规定看实际应用

速度最慢

取决于模式

10Mbps

传输距离

近距离,总线仲裁机制

可靠传输距离一般是1~3m

远距离(10m)

近千米

差分传输,抗共模干扰强(1219米)

传输频率

非经常性

现场工业属性

现场工业属性

通信组成

SDA(输入输出),SCL(输出口)。多主总线,SDA的地址选定从设备

MISO(输出),MOSI(输入),SCLK,SDA

CS片选

RX? ,TX,GND

第一个现场总线协议,支持多种的通讯接口

逻辑0电压差为+(2-6)逻辑1 -(2-6)比RS232低,容易与TTL兼容

模块组成

CLK高采样(MSB在前)

沿采样,可以设置(全双工限定)(MSB在前)

Uart发生器,Uart接收器

(MSB在后,LSB在前)

1.以太网,对应的通信模式是MODBUS TCP。

?2.异步串行传输(各种介质如有线RS-232-/422/485/;光纤、无线等),对应的通信模式是MODBUS RTU或MODBUS ASCII。 ????

?3.高速令牌传递网络,对应的通信模式是Modbus PLUS。

实现多种模式的兼容

主从通信模式

组网模式

从设备挂载模式(2^7=128),适用于近距离扳级之间通讯

?驱动能力有限,一般不超过10个

从设备挂载模式,可增加选择线(一般为单点挂载)

1~247设备,但是对阻抗匹配等考虑,一般32个即可,提高通讯速率

32个点(多点挂载)

缺点

速度慢,适合电路板上通讯

没有明确的流控制,我发确定收到数据,只是单纯的收发

速度慢

速度较慢

如不支持星型和树型接线。需要屏蔽双绞线,单独穿管等

?通信名称?

连接端

通信方式

传输顺序?

通信速度

I2C

(scl,sda)2?

串行

高位-低位

标准模式速度100kbit/s ,快速模式下400kbit/s, 高速模式下3.4Mbit/s

SMBus

?(scl,sda)2

串行

高位-低位

?从10kHz到最高100kHz

SPI

?(miso,mosi,scl,/cs)4

串行

高位-低位

上升沿发送、下降沿接收???? 高位先发送?几兆到几十兆

RS232

DB9,DB25

串行

低位-高位

19200bps,38400bps???? PC领域

RS485

DB9

串行

低位-高位

最高传输速率为10Mbps? 工控领域

USB?4

串行

差分传输

USB1.1是12Mbps(全速),USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps

GPIB

GPIB电缆

?并行

工程控制用的协议

1Mbytes/s,GPIB比串口控制提高了传输速率和同时支持的设备总数

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加:2022-06-14 22:50:26  更:2022-06-14 22:51:03 
 
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