单片机成长之路(51基础篇) - 016 常见总线类型

2020-01-15来源: eefocus关键字:单片机  51基础篇  总线类型

1、首先看看它名字真正的含义:

 SPI(Serial Peripheral Interface:串行外设接口);

 I2C(INTER IC BUS:意为IC之间总线)

 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:通用异步收发器)

 USART:通用同步异步收发器

 USB:Universal Serial BUS(通用串行总线)

 CAN:现场总线

I2C,SPI,UART,USART,USB的区别及串行总线的选择


2、看看他们传输数据线的组成:

    SPI总线由三条信号线组成:串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master),其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信,当有多个从设备时,还可以增加一条从设备选择线。

    如果用通用IO口模拟SPI总线,必须要有一个输出口(SDO),一个输入口(SDI),另一个口则视实现的设备类型而定,如果要实现主从设备,则需输入输出口,若只实现主设备,则需输出口即可,若只实现从设备,则只需输入口即可。


    I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控(multi-master)接口标准,具有总线仲裁机制,非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信(我的平衡小车读取MPU6050模块的数据就是用I2C总线)。在它的协议体系中,传输数据时都会带上目的设备的设备地址,因此可以实现设备组网。

    

    如果用通用IO口模拟I2C总线,并实现双向传输,则需一个输入输出口(SDA),另外还需一个输出口(SCL)。(注:I2C资料了解得比较少,这里的描述可能很不完备)


    UART总线是异步串口,因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多(单片机的书上有介绍的,其实也算不上复杂),一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成,硬件上由两根线,一根用于发送,一根用于接收。

    

    显然,如果用通用IO口模拟UART总线,则需一个输入口,一个输出口。


    从第二点明显可以看出,SPI和UART可以实现全双工,但I2C不行。


3、看看牛人们的意见吧!

    wudanyu:I2C线更少,我觉得比UART、SPI更为强大,但是技术上也更加麻烦些,因为I2C需要有双向IO的支持,而且使用上拉电阻,我觉得抗干扰能力较弱,一般用于同一板卡上芯片之间的通信,较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些,UART需要固定的波特率,就是说两位数据的间隔要相等,而SPI则无所谓,因为它是有时钟的协议。

    

    quickmouse:I2C的速度比SPI慢一点,协议比SPI复杂一点,但是连线也比标准的SPI要少。


4、最核心的,通信协议的不同:

SPI

    SPI 的通信原理很简单,它需要至少4根线,事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时 钟),CS(片选)。其中CS是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许 在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。


    接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原 因,由SCK提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线,数据在时钟上沿或下沿时改变,在紧接着的下沿或上沿被读取。 完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。


    要注意的是,SCK信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于SPI的设备中,至少有一个主控设备。


    这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而SPI允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为SCK时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。


    SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。


    不同的SPI设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。


I2C


    只要求两条总线线路:一条串行数据线SDA 一条串行时钟线SCL


    每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机从机关系软件设定地址主机可以作为主机发送器或主机接收器


    它是一个真正的多主机总线如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁,防止数据被破坏


    串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s


    片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波保证数据完整


    连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电容400pF 限制


UART


UART总线是异步串口,因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多,一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成,硬件上由两根线,一根用于发送,一根用于接收。


显然,如果用通用IO口模拟UART总线,则需一个输入口,一个输出口。


UART常用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是,它提供了RS-232C数据终端设备接口,这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。


UART是通用异步收发器(异步串行通信口)的英文缩写,它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范,即UART是异步串行通信口的总称。而RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等,是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准,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。实际上是属于通信网络中的物理层(最底层)的概念,与通信协议没有直接关系。而通信协议,是属于通信网络中的数据链路层(上一层)的概念。 COM口是PC(个人计算机)上,异步串行通信口的简写。由于历史原因,IBM的PC外部接口配置为RS232,成为实际上的PC界默认标准。所以,现在PC机的COM口均为RS232。若配有多个异步串行通信口,则分别称为COM1、COM2...


明显可以看出,SPI和UART可以实现全双工,但I2C不行


USART:通用同步异步收发器。(与UART的区别很明显)


UART:universal asynchronous receiver and transmitter通用异步收发器;


USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步异步收发器。


一般而言,单片机中,名称为UART的接口一般只能用于异步串行通讯,而名称为USART的接口既可以用于同步串行通讯,也能用于异步串行通讯。


USB 


是英文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。USB 接口支持设备的即 即用和热插拔功能。USB 是在1994 年底由尔、


康柏.IBM、Microsoft 等多家公司联合提出的.


USB的电气特性还有传输特性


CAN


当总线空闲时,任何CAN节点都可以开始数据发送。如果两个或更多的节点同时开始发送,就使用标识符来进行按位仲裁以解决访问冲突。CAN是一个广播类型的总线,所有节点都接收总线上的数据,硬件上的过滤机制决定消息是否提供给该接点用。


B.四种消息帧的类型

数据帧:该帧从一个发送器承载数据到一个接收器。根据CAN规范有两种数据帧格式,它们的唯一本质区别在于标识符的长度:CAN标准帧,也称为CAN2.0A,支持11位长度的标识符;另一个是CAN扩展帧,也称为CAN2.0B,支持29位长度的标识符。图2显示了两种规范的CAN数据帧。


远程帧:此帧由一个接收CAN节点发送,用来请求带有远程帧中规定的标识符的数据帧。


错误帧:此帧将任何总线错误通知其它单元,在接收到这个帧时发送器会自动进行消息重发。


超载帧:超载帧由一个忙的CAN节点送出,以请求在前后数据帧之间增加一个额外的延迟。


C.CAN硬件术语

基本CAN(Basic CAN)控制器:这是一种廉价的CAN控制器,具有有限的发送/接收消息缓冲器,以及有限的CAN消息过滤机制。


完全CAN(Full CAN)控制器:完全CAN是一个高成本、高性能的CAN控制器,具有能缓冲8个或更多消息的缓冲器用于接收和发送。例如,富士通的集成CAN微控制器能提供16个消息缓冲器用于接收和发送。此外,富士通的MB90443微控制器能灵活地将两个CAN控制器的消息缓冲器组合在一个中,以形成能缓冲32个消息的缓冲器。


标准CAN控制器:该CAN控制器能够处理仅有11位标识符的消息。

扩展CAN控制器:该控制器能够处理

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关键字:单片机  51基础篇  总线类型 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic485769.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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