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UART通用异步收发器
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UART通用异步收发器
UART口指的是一种物理接口形式(硬件)。 UART是异步指不使用时钟同步依靠帧长进行判断全双工收发可以同时进行串口总线。它比同步串口复杂很多。有两根线一根TXD用于发送一根RXD用于接收。UART的串行数据传输不需要使用时钟信号来同步传输而是依赖于发送设备和接收设备之间预定义的配置对于发送设备和接收设备来说两者的串行通信配置应该设置为完全相同。 起始位表示数据传输的开始电平逻辑为“0” 。
数据位可能值有5、6、7、8、9表示传输这几个bit 位数据。一般取值为8因为一个ASCII 字符值为8 位。
奇偶校验位用于接收方对接收到的数据进行校验校验“1” 的位数为偶数(偶校验) 或奇数(奇校验)以此来校验数据传送的正确性使用时不需要此位也可以。
停止位表示一帧数据的结束。电平逻辑为“1”。
如果用通用IO口模拟UART总线则需一个输入口一个输出口。
I2C总线
I2C总线是一种同步、半双工双向的两线式串口总线。它由两条总线组成串行时钟线SCL和串行数据线SDA。
SCL线——负责产生同步时钟脉冲。
SDA线——负责在设备间传输串行数据。
该总线可以将多个I2C设备连接到该系统上。连接到I2C总线上的设备既可以用作主设备也可以用作从设备。通过对设备进行编址以及广播的形式进行通信详情参考链接: IIC详细 主设备负责控制通信通过对数据传输进行初始化来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。从设备则是等待来自主设备的命令并响应命令接收。
主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备同步时钟信号都只能由主设备产生。
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)。
SPI串行外设接口
SPI总线是同步、全双工双向的4线式串行接口总线。它是由“单个主设备多个从设备”构成的系统。
在系统中只要任意时刻只有一个主设备是处于激活状态的就可以存在多个SPI主设备。常运用于AD转换器、EEPROM、FLASH、实时时钟、数字信号处理器和数字信号解码器之间实现通信。 为了实现通信SPI共有4条信号线分别是
主设备出、从设备入Master Out Slave InMOSI由主设备向从设备传输数据的信号线也称为从设备输入Slave Input/Slave Data InSI/SDI。
主设备入、从设备出Master In Slave OutMISO由从设备向主设备传输数据的信号线也称为从设备输出Slave Output/Slave Data OutSO/SDO。
串行时钟Serial ClockSCLK传输时钟信号的信号线。
从设备选择Slave SelectSS用于选择从设备的信号线低电平有效。
SPI 的工作时序模式由CPOLClock Polarity时钟极性和CPHAClock Phase时钟相位之间的相位关系决定CPOL 表示时钟信号的初始电平的状态CPOL 为0 表示时钟信号初始状态为低电平为1 表示时钟信号的初始电平是高电平。CPHA 表示在哪个时钟沿采样数据CPHA 为0 表示在首个时钟变化沿采样数据而CPHA 为1 则表示在第二个时钟变化沿采样数据。 UART、SPI、I2C比较
I2C线更少比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。
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。
UART一帧可以传5/6/7/8位I2C必须是8位。I2C和SPI都从最高位开始传。
SPI用片选信号选择从机I2C用地址选择从机。 RS232串口通信
传输线有两根地线一根。电平是负逻辑 -3V至 -15V逻辑“1”3V至15V逻辑“0”。 RS-232串口通信传输距离15米左右。可做到双向传输全双工通讯传输速率低20kbps 。 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。
TTL和RS-232互转
单片机接口一般是TTL电平如果接232电平的外设就需要加TTL转RS232的模块。如下图可用芯片MAX232进行转换。
RS422串口通信
RS-422有4根信号线两根发送、两根接收和一根地线是全双工通信。 它有一个主设备其余为从设备从设备之间不能通信所以RS-422支持点对多的双向通信。 RS485串口通信
RS-485采用平衡发送和差分接收因此具有抑制共模干扰的能力。 采用两线半双工传输最大速率10Mb/s电平逻辑是两线的电平差来决定的提高抗干扰能力传输距离长(几十米到上千米)。 2V至6V逻辑“1”-2至-6V逻辑“0”。
TTL转成RS-485很常见比如MAX485参考电路如下 RE引脚接收器输出使能低电平有效。 DE引脚发送器输出使能高电平有效。 可以直接通过MCU的IO端口控制。
TTL
嵌入式里面说的串口一般是指UART口。4个pinVcc,GND,RX,TX用TTL电平。 PC中的COM口即串行通讯端口简称串口。9个Pin用RS232电平。 串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485是指电平标准(电信号)。 单片机与PC通讯示意图如下 CAN总线
CAN是控制器局域网络的简称是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。CAN总线的功能复杂且智能。主要用于汽车通信相关文章CAN总线详解。 CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输为了避免信号的反射和干扰还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻。 每一个设备既可做主设备也可做从设备。CAN总线的通信距离可达10千米速率低于5Kbps速度可达1Mbps通信距离小于40M。 CAN电平逻辑 CAN总线采用线与的规则进行总线冲裁10为0所以称0为显性1为隐性。 从电位上看因为规定高电位为0低电位为1同时发出信号时实际呈现为高电位从现象上看就像0覆盖了1所以称0为显性1为隐性。
USB通信串行总线
USB接口最少有四根线其中有两根是数据线而所有的USB数据传输都是通过这两根线完成。它的通信远比串口复杂的多。 两根数据线采用差分传输即需要两根数据线配合才能传输一个bit因此是半双工通信同一时间只能发送或者接收。 USB 规定如果电压电平不变代表逻辑1如果电压电平变化则代表逻辑0。
USB转TTL
一般USB转串口都是用CH340G芯片。 用串口通信比USB简单因为串口通信没有协议。
SD卡
SD卡是一种存储卡可用于手机作为内存卡使用。
嵌入式中单片机与SD卡通信有两种模式
SPI总线通信模式
SDIO总线通信模式 值得注意的是SD总线模式中有4条数据线SPI总线模式中仅有一条数据线MOSI和MISO不能同时读数据也不能同时写数据这样在嵌入式中单片机与SD卡通信时采用SD总线模式比SPI总线模式速度快几倍。 1-WIRE总线
1-Wire由美国Dallas(达拉斯)公司推出是一种异步半双工串行传输。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。 单总线的数据传输速率一般为16.3Kbit/s最大可达142 Kbit/s通常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。 1-Wire线端口为漏极开路或三态门的端口因此一般需要加上拉电阻Rp通常选用5K~10KΩ 主要应用在打印墨盒或医疗消耗品的识别印刷电路板、配件及外设的识别和认证。
DMA直接存储器访问
DMA是STM32内的一个硬件模块它独立于CPU在外围设备和内存之间进行数据传输解放了CPU可使CPU的效率大大提高。 它可以高速访问外设、内存传输不受CPU的控制并且是双向通信。因此使用DMA可以大大提高数据传输速度这也是ARM架构的一个亮点——DMA总线控制。 DMA就相应于一条高速公路专用、高速的特性。如果不使用DMA也可以达到目的只是达到目的的时间比较长。
Ethernet以太网
以太网是目前应用最普遍的局域网技术。
大家知道以太网接口可分为协议层和物理层。
协议层是由一个叫MAC(Media Access Layer)控制器的单一模块实现。
物理层由两部分组成即PHY(Physical Layer)和传输器。
目前很多主板的南桥芯片已包含了以太网MAC控制功能只是未提供物理层接口。因此需外接PHY芯片以提供以太网的接入通道。 网络变压器的作用是
耦合差分信号抗干扰能力更强
变压器隔离网线端不同设备的不同电平隔离直流信号
以太网接口参考电路如下图所示。
