通信协议大全

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前言

通信协议是每一个嵌入式工程师必备的技能。下面我们来了解一下通信协议。

一、异步通信和同步通信

异步传输：异步传输是一种典型的基于字节的输入输出，数据按每次一个字节进行传输，其传输速率低。
同步传输：需要外界的时钟信号进行通信，是把数据字节组合起来一起发送，这种组合称为帧，其传输速度比异步传输快。

二、RS232和RS485

1.RS232

2线通信（RX,TX)，支持全双工通讯。高电平：-3v ~ -15v；低电平：+3v ~ +15v。
采用不平衡传输方式，最大传输距离20米。
单端通讯方式只支持两个设备之间的通信

2.RS485

二线和四线通信；二线只支持半双工，四线支持全双工
ES485是差分传输，一对双绞线A和B，RS485的速率可高达10Mbit/s，理论通讯距离可达1200米；

3.RS232和RS485的区别

RS485总线弥补了RS232通信距离短，低速率的缺点，RS485的速率可高达10Mbit/s，理论通讯距离可达1200米；
RS485和RS232的单端传输不一样，RS485是差分传输，使用一对双绞线。
RS485总线同IIC，也是主从模式，支持点对点单从机模式，也支持从机模式，不支持多主机模式。
这样来看更好理解：
1、传输方式不同：RS232采用不平衡传输方式，即所谓的单端传输、而RS485则采用平衡传输，即差分传输方式。
2、传输距离不同，RS232适合本地设备之间的通信，传输距离一般不超过20m，而RS485传输距离可达到几十米甚至上千米。
3、设备数量不同，RS232只允许一对一通信，而RS485接口在总线上是允许连接128个收发器。
4、连接方式不同。RS232规定用电平表示数据，因此线路就是单线路的，用两根线才能达到全双工的目的；而RS485使用差分电平表示数据，因此必须使用两根线才能达到传输数据的基本要求，要实现全双工必须使用四根线。
从某种意义上来说，线路上存在的仅仅是电流，RS232和485规定了这些电流在什么样的线路上流动和流动的方式。

4.RS232、485与普通串口的区别？

普通串口、com口是指物理接口形式（硬件）。而RS485,232是指的电平标准（电信号+）

三、SPI协议

SPI是一种串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线，SPI为四线制（MOSI、MISO、SCLK、SS）
MOSI
主设备输出、从设备输入引脚，主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。
MISO
主设备输入、从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即这条线上数据的方向为从机到主机。
SCLK
时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样。
SS
从设备选择信号线，也叫片选信号线，也叫NSS、CS。当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其他信号线SCK,MOSI及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论多少个设备都功能使用这3条总线；而每个从设备都有独立的这一条NSS信号线，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。

SPI数据有效性
SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时高位先行或低位先行并没有做硬性规定，但是要保证两个SPI通讯设备之间使用同样的协定，一般会采用MSB（高位先行）模式。
SPI一共有四种通讯模式，时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时,SCK信号线的电平信号（也就是SPI通讯开始前、NSS线为高电平时SCK的状态），当CPOL等于零时SCK为高电平，反之相反。
时钟相位CPHA是指数据的采样时刻，当CPHA=0时，MOSI和MISO数据线上的信号将会再SCK时钟线得奇数边沿被采样。当CPHA=1，数据线在SCK的偶数边沿采用。

四、IIC协议

IIC协议是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据，是一个多主机的半双工通信放hi，每个挂接在总线上的器件都有个唯一的地址。

1.IIC的时序介绍

1、空闲状态
当总线上的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平，便是空闲状态，如上图所示，当我们不传输数据时，SDA和SCL被上拉电阻拉高，即进入空闲状态。
2、起始信号
当SCL为高期间，SDA由高到低跳变，便是总线的启动信号，只能由主机发起，且在空闲状态下才能启动该信号

3、停止信号
当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；便是总线的停止信号，表示数据已经完成传输，由下图所示

4、传输数据格式
当启动信号开始后，就开始传输数据
当SCL为高电平时，便会获取SDA数据值，其中SDA数据必须是稳定的，如果不稳定就会变成起始/停止信号。
当SCL为低电平时便是SDA的电平变化状态。
若主从机在传输数据期间，需要完成其他功能（例如一个中断），可以主动拉低SCL，让IIC进入等待状态，直到处理结束再释放SCL，数据传输会继续。

5、应答信号ACK
IIC总线上的数据都是以8位字节进行传输的，当发送了8个数据后，发送方会在第9个时钟脉冲期间释放SDA数据，当接收方接收该字节成功，便会输出ACK应答信号，SDA高电平——非应答信号NACK，SDA低电平——应答信号ACK。
6、完整的数据传输
发送起始信号后，便发送一个8位的设备地址，其中第8位是对设备的读写标志。

2.IIC传输数据的格式

写操作
芯片发出一个开始信号，然后发出一个（确定哪一个芯片发送）方向（读/写，0写，1读）。回应（确定设备是否存在），然后传输数据，传输数据之后回应（确定数据是否接受完成），然后再传输下一个数据。每传输一个数据，接受方都会有一个回应信号，数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号

读操作
芯片发送一个开始信号，然后发出设备地址（确定哪一个芯片读取）方向（0写1读）。然后回应（确定这个设备是否存在），然后传输数据，传输之后回应（确定数据是否接收完成）然后传输下一个数据，每传输一个数据，接收方都会有一个回应信号，数据发送完成之后，主芯片就会发送一个停止信号。

总结

这些东西，还是要经常看一看，记一下，不然过段时间肯定就忘了。