UART、IIC、SPI、CAN四种通信协议详解与对比

UART、IIC、SPI、CAN四种通信协议详解与对比

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_43892462/article/details/138473169

UART、IIC、SPI、CAN是四种常见的通信协议，它们在嵌入式系统和设备通信中有着广泛的应用。本文将详细介绍这四种协议的特点、硬件连接方式和帧格式，并对比它们的优缺点和适用场景。

UART

简介：UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）是一种通用的串行、异步通信总线，主要用于嵌入式系统中主机与辅助设备之间的通信。

硬件连接：UART通信只需要两条数据线（TX和RX），可以实现全双工通信。两个设备的发送器和接收器的TX和RX两两相连即可。

帧格式：

1. 起始位：用一位逻辑0表示帧的开始
2. 数据位：可以有5~8位
3. 校验位：采用奇校验或偶校验的方式，用来检错
4. 停止位：用1~2位的逻辑1表示帧的结束

UART只是一种通信协议，需要发送器和接收器提前约定好帧格式和通信速率、奇偶校验、每帧数据位数，才能正常通讯。为了完善通讯协议，后来又发展出了RS232和RS485两种协议：

• RS232：

• 电器特性：逻辑“1”为-5V -15V，逻辑“0”为+5V+15V

• 传输距离：一般可达15m

• RS485：

• 电器特性：采用差分信号做数据传输，逻辑“1”为+2V +6V，逻辑“0”为-2V-6V

• 传输距离：可达1500m

IIC

简介：IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的串行通信总线协议，由飞利浦公司在20世纪80年代开发。它允许一个主设备控制多个从设备，实现多设备之间的通信。

硬件连接：每个设备使用两根线（SCL时钟线和SDA信号线）挂载在IIC总线上。

帧格式：

1. 起始信号：SCL为高电平时，SDA从高电平到低电平的变化表示帧起始
2. 设备地址：用7位逻辑信号表示从设备的地址码，每个从设备的地址码唯一
3. 读写数据位：写数据置为0，读数据置为1
4. 应答信号：从机发给主机的应答信号，如果从机成功接收到主机发送的信号，发送0；没有收到发送1
5. 传输数据：传输数据8个时钟周期为一组，也就是一个字节，每发送一个字节，需要接受方发送一次应答信号
6. 终止信号：SCL为高电平时，SDA从低电平到高电平的变化表示帧终止

SPI

简介：SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工、同步的串行通信总线，采用主从方式工作，一般一个主设备，多个从设备。SPI需要四根线：MISO（主输入从输出）、MOSI（主输出从输入）、SCLK（时钟）、CS（片选）。

硬件连接：

帧格式：
SPI与其他通信方式不同，因为有片选线，所以并不需要有地址位、起始位、结束位等概念。只需要数据线和时钟线配合，即可完成通讯。一个字节传送完成后，无需应答，即可开始下一个字节的传送；采用同步方式工作，时钟线在上升沿或下降沿时，发送器向数据线上发送数据，在紧接的下降沿会上升沿读取数据，八个时钟即可完成一个字节的数据传送。

CAN

简介：CAN（Controller Area Network Bus）是一种控制器局域网总线，主要用于汽车和工业控制领域，实现多个ECU之间的相互通信。使用差分信号进行通讯，两条线压差为0V表示逻辑1，压差2V表示逻辑0。

帧格式：

1. 起始位：用1位逻辑0表示帧的开始
2. 识别码：每一个设备都有属于自己的11位识别码，用于确认发送设备的身份。识别码不光用来确认身份，还可以用来决定发送的优先级
3. 控制码：第一位是IDE位，用来决定是否使用扩展帧，后四位是DLC位，用四位二进制来表示数据码的长度
4. 数据码：用来传输数据，数据码的范围为长度为1~8个字节
5. CRC位：15位CRC循环冗余码，用来纠错
6. ACK确认槽：接收端发送信号，表示接收到数据
7. 结束位：用7位逻辑1表示帧的结束

总结

这四种通信协议各有特点和适用场景：

• UART：简单方便，适合点对点通信，常用于计算机和外部设备（如打印机）的通信。
• IIC：支持多设备通信，但速度较慢，适合低速设备（如传感器）的通信。
• SPI：速度快，适合高速数据传输（如显示器），但占用资源较多。
• CAN：安全性高，适合汽车和工业控制等对安全性要求高的领域。

参考资料：

1. 爱上半导体
2. SPI、UART、RS232、RS485、IIC 5种嵌入式经典通信总线协议精讲