UART、IIC、SPI、CAN四种通讯协议对比介绍
UART、IIC、SPI、CAN四种通讯协议对比介绍
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、帧格式以及应用场景。
UART
简介：UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）是一种通用的串行、异步通信总线。该总线有两条数据线，可以实现全双工的发送。在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。
硬件连接：UART只能是两个设备之间的通信，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：
- 起始位：用一位逻辑0表示帧的开始
- 数据位：可以有5~8位
- 校验位：采用奇校验或偶校验的方式，用来检错，如果检测出错误，可以让发送设备重发
- 停止位，用1~2位的逻辑1表示帧的结束
值得一提的是，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，后面又对UART做了完善，现在普遍使用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：传送距离一般可达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：0传送距离一般可达1500m。
IIC
简介：IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的串行通信总线协议，也被称为I2C（Inter-IC）总线。它由飞利浦（Philips）公司在20世纪80年代开发，并成为一种广泛应用于数字集成电路之间的通信标准，相较于UART，IIC可以组成一个网络，实现多个设备之间的通讯。
硬件链接：每个通讯设备分别使用两根线，SCL(时钟线)、SDA(信号线)挂载在IIC总线上，挂载方式如下。
帧格式
- 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。
- 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。
- 读写数据位：写数据置为0，读数据置为1。
- 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。
- 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，表示数据成功接收或失败。
- 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起始。
SPI
简介：SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口) 是串行外设接口的缩写，SPI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，分别是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，没有一帧这个概念。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。无需接收方应答。
CAN
简介：CAN(Controller Area Network Bus)控制器局域网总线，最主要应用与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
- 起始位：用1位逻辑0表示帧的开始
- 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，举个例字：如果两个信号同时占用总线，那么会产生冲突，这时，识别码就起作用了，识别码位数高的，会优先发送，识别码低的停止发送信号
- 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，比如DLC为“0001”，表示数据码长度为1个字节；DLC为“0011”，则表示数据码长度为3个字节。所以数据码的长度为1~8个字节
- 数据码：用来传输数据，数据码的范围为长度为1~8个字节
- CRC位：15位CRC循环冗余码，用来纠错，如果错了，从新发送数据
- ACK确认槽，接收端发送信号，表示接收到数据了
- 结束位，用7位逻辑1表示帧的结束
资料来源：
- 爱上半导体
- SPI、UART、RS232、RS485、IIC 5种嵌入式经典通信总线协议精讲