【總線】UART、Modbus、I2C、SPI、RS232、RS485及串口通訊常用參數

本文轉載自查看原文 2020-09-01 14:57 1364 硬件/通訊/其他概念

1、UART

UART
異步收發傳輸，作為集成於微處理器中的周邊設備，把並行輸入信號轉成串行輸出信號，（一般是RS-232C規格的，與類似Maxim的MAX232之類的標准信號幅度變換芯片進行搭配）作為連接外部設備的接口。
該總線雙向通信，可以實現全雙工傳輸和接收。在嵌入式設計中，UART用於主機與輔助設備通信，如與PC機通信包括與監控調試器和其它器件，如EEPROM通信。

一個字符接着一個字符傳輸，一個字符的信息由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。

傳輸時低位在前高位在后。

發送端和接收端必須按照相同的字節幀格式和波特率進行通信。

UART的設計采用模塊化的設計思想，主要分為 3個模塊：數據發送模塊、數據接收模塊及波特率發生器控制模塊。發送模塊實現數據由並行輸入到串行輸出，接收模塊實現數據由串行輸入到並行輸出，波特率發生器模塊控制產生UART時鍾頻率。
發送邏輯對從發送FIFO讀取的數據執行“並→串”轉換。控制邏輯輸出起始位在先的串行位流，並且根據控制寄存器中已編程的配置，后面緊跟着數據位（注意：最低位 LSB 先輸出）、奇偶校驗位和停止位。
在檢測到一個有效的起始脈沖后，接收邏輯對接收到的位流執行“串→並”轉換。此外還會對溢出錯誤、奇偶校驗錯誤、幀錯誤和線中止（line-break）錯誤進行檢測，並將檢測到的狀態附加到被寫入接收FIFO的數據中。

需要兩根信號線和一根地線。

https://www.cnblogs.com/smartjourneys/p/7218390.html

百度百科：https://baike.baidu.com/item/UART/4429746

2、Modbus

1、ASCII模式與RTU模式的區別

（1）ASCII：消息中每個ASCII字符都是一個十六進制字符組成

（2）RTU：消息中每個8位域都是兩個十六進制字符組成

在同樣波特率下，RTU可比ASCII方式傳輸更多的數據

Modbus 通信協議詳解：https://www.cnblogs.com/txwtech/p/11104428.html

MODBUS通訊協議及編程：https://wenku.baidu.com/view/04c11bd380eb6294dd886cd6.html

Modbus 通訊協議幀數據之間的時間停頓間隔 “3.5字符”定義：http://www.51hei.com/stm32/3859.html

3、RS232、RS485

（1）RS232

RS232接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能。

個人計算機上的通訊接口之一，異步傳輸標准接口。
在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標准接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。
對於一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，工業控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。

（2）RS485

RS485/MODBUS是現在流行的一種布網方式，實施簡單方便，支持RS485的儀表很多。

有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現在多采用的是兩線制接線方式。
在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來，而忽略了信號地的連接。RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，並不需要相對於某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。

（3）區別

1）傳輸方式不同。 RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊（即所謂單端通訊.收、發端的數據信號是相對於信號地）. 而RS485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式。
2）傳輸距離不同。RS-232適合本地設備之間的通信，傳輸距離一般不超過20m。而RS-485的傳輸距離
為幾十米到上千米。
3）RS-232 只允許一對一通信，而RS-485 接口在總線上是允許連接多達128個收發器。

4）rs232是全雙工的，也就是可以同時收發；
rs485是半雙工的，某一時刻只能收或只能發數據，否則，總線將癱瘓

4、I2C

采用的是主從式通信方式，通信的過程完全由主設備仲裁。在通信之前，必須由主設備發送一個起始信號，決定數據是否可以開始傳送，並且在結束通信時，必須再由主設備發送一個結束信號，以表示通信已經結束。先傳輸高位。

5、SPI

主從方式工作，可以用全雙工通信方式同時發送和接收8(16)位數據。
MSB 先行或 LSB 先行並沒有作硬性規定，但要保證兩個 SPI通訊設備之間使用同樣的協定，一般都會采用圖 2 中的 MSB先行模式。

NSS 信號線由高變低，是 SPI 通訊的起始信號。NSS 是每個從機各自獨占的信號線，當從機在自己的 NSS 線檢測到起始信號后，就知道自己被主機選中了，開始准備與主機通訊。在圖中的標號6處，NSS 信號由低變高，是 SPI 通訊的停止信號，表示本次通訊結束，從機的選中狀態被取消。
MOSI及 MISO的數據在 SCK的上升沿期間變化輸出，在SCK 的下降沿時被采樣。即在 SCK 的下降沿時刻，MOSI 及 MISO 的數據有效

SPI 一共有四種通訊模式，它們的主要區別是總線空閑時 SCK 的時鍾狀態以及數據采樣時刻。

6、Modbus 、SPI，IIC，CAN和RS232，RS485區分

MODBUS協議是一種軟件協議，而RS232，RS485是一種電平標准，關系是在一種電平關系下應用一種MODBUS協議。MODBUS協議是一種人為約定的協議，他和SPI，IIC，CAN總線協議還是有些不同的，SPI，IIC，CAN總線這些協議必須是設備在硬件上支持的，可以說SPI，IIC，CAN總線是一種軟硬件的結合體，也就是常分為兩層物理層和協議層，MODBUS本身就是類似於協議層的東西，而RS232和RS485就是一種物理層電平的東西。

7、串口通訊常用參數

串口是一種非常通用的設備通信的協議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus(USB)混淆）。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的並行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。

典型地，串口用於ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：

（1）地線（2）發送（3）接收

由於串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。

對於兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配：

波特率

數據位

停止位

奇偶校驗

8、串口發送數據類型都有哪些？