单片机常见通讯协议理解与总结

具体实现

1、USART

USART全称全双工通用同步/异步串行收发器(Serial Communication)

USART没有专门的时钟线，RX作为接收引脚，TX作为发送引脚，通信的波特率提前给定，通信数据帧如下图所示，主要包括：起始位、数据位、可选择校验位、停止位。
空闲时数据线呈现高阻态，当有数据传输时，数据线按照既定频率，依次发送数据帧。

RS232硬件接口，全双工，信号电平值较高+/-12V, 信号共地传输，传输速率20Kbps (不知道限制此速率的因素)，点对点通信
RS485硬件接口，半双工，TTL电平+/-5V，信号差分传输，10m以内最高传输速率可以达35Mbps。推荐使用总线型网络，
通信速率高且传输距离远时，硬件设计的要求非常，需要计算相关参数。使用相应的482芯片作为收发器，常用接法如下。PA1为模式控制引脚，高电平->发送使能，低电平->接收使能。

根据数据手册，MAX系列芯片支持最高20Mbps的通信速率，手册链接。
CH340是USB<=>串口芯片，支持最高20Mbps的通信速率，使用说明链接。

2、I²C

I²C全称串行总线收发器-(Inter - Integrated Circuit)

I²C有两根信号线，SCL时钟线，SDA数据线，分为主从模式，主机产生SCL信号，并且使用SDA数据线收发数据；从机被动应答，当接收到的广播地址指向自己就与主机建立连接，进行通讯。

一帧数据主要包括：传输起始信号(S)、从机地址信号(SLAVE_ADDRESS)、传输方向选择位(R/W)、数据位(DATA)、应答为(ACK/NACK)、停止传输位( P)。如下图所示

连接方式，环形总线，如下图所示，不需要额外通讯芯片，但是两根信号线需要上拉。

3、SPI

SPI全称串行外围设备接口-(Serial Peripheral Interface)

SPI有GND,SCK,MISO,MOSI,所以的设备都连接在这三条总线上，SCK提供时钟信号，MOSI中设备输出/从设备输入引脚，MISO主设备输入/从设备输出。通信数据信号线只包含数据，为8位或者16位可配置。先是片选信号NSS选择对应设备，然后SCK产生时钟信号，在MOSI或者MISO数据线上传输数据。

时序图如下

另外，SPI有四种采样模式，可以通过配置CPOL和CPHA选择

SPI的总线模式如下图所示

4、CAN

CAN全称控制器局域网-(Controller Area Network)

CAN使用两根信号线CAN_H和CAN_L，使用差分信号进行异步通讯。标准数据帧如下所示。

CAN的短距离闭环高速总线通信网络。

CAN通过ID的优先级来帮助进行仲裁，当在总线空闲状态下，同时有两个以上的设备申请使用总线，就会判断ID的优先级，优先级高的先发送，优先级低的保留，等待数据发送完毕后，再次进行上述操作。

参考

腾讯云：【通信专栏】STM32单片机/485通信详解
21ic电子技术论坛：论RS485如何实现多主通信
STM32F4xx中文参考手册
[野火EmbedFire]《STM32库开发实战》

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