關(guān)于12種總線接口的匯總整理

本文總結(jié)了12種總線接口：UART、I2C、SPI、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB、SD卡、1-WIRE、Ethernet。文章有點長，建議先收藏，需要的時候再拿出來看。

? 01?UART通用異步收發(fā)器

? UART口指的是一種物理接口形式(硬件)。 ?

? UART是異步，全雙工串口總線。它比同步串口復(fù)雜很多。有兩根線，一根TXD用于發(fā)送，一根RXD用于接收。 ? UART的串行數(shù)據(jù)傳輸不需要使用時鐘信號來同步傳輸，而是依賴于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間預(yù)定義的配置。 ? 對于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備來說，兩者的串行通信配置應(yīng)該設(shè)置為完全相同。 ?

? 起始位：表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，電平為“0” 。 ? 數(shù)據(jù)位：可能值有5、6、7、8、9，表示傳輸這幾個bit 位數(shù)據(jù)。一般取值為8，因為一個ASCII 字符值為8 位。 ? 奇偶校驗位：用于接收方對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗，校驗“1” 的位數(shù)為偶數(shù)(偶校驗) 或奇數(shù)(奇校驗)，以此來校驗數(shù)據(jù)傳送的正確性，使用時不需要此位也可以。 ? 停止位：表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。電平邏輯為“1”。 ? 如果用通用IO口模擬UART總線，則需一個輸入口，一個輸出口。 ? 02?I2C總線 ? I2C總線是一種同步、半雙工雙向的兩線式串口總線。它由兩條總線組成：串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA。 ? ? SCL線—負責(zé)產(chǎn)生同步時鐘脈沖。 ? SDA線—負責(zé)在設(shè)備間傳輸串行數(shù)據(jù)。 ? 該總線可以將多個I2C設(shè)備連接到該系統(tǒng)上。連接到I2C總線上的設(shè)備既可以用作主設(shè)備，也可以用作從設(shè)備。 ?

? 主設(shè)備負責(zé)控制通信，通過對數(shù)據(jù)傳輸進行初始化，來發(fā)送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生所需的同步時鐘脈沖。從設(shè)備則是等待來自主設(shè)備的命令，并響應(yīng)命令接收。 ? 主設(shè)備和從設(shè)備都可以作為發(fā)送設(shè)備或接收設(shè)備。無論主設(shè)備是作為發(fā)送設(shè)備還是接收設(shè)備，同步時鐘信號都只能由主設(shè)備產(chǎn)生。 ? 如果用通用IO口模擬I2C總線，并實現(xiàn)雙向傳輸，則需一個輸入輸出口(SDA)，另外還需一個輸出口(SCL)。 ? 03?SPI串行總線 ? SPI總線是同步、全雙工雙向的4線式串行接口總線。它是由“單個主設(shè)備+多個從設(shè)備”構(gòu)成的系統(tǒng)。 ? 在系統(tǒng)中，只要任意時刻只有一個主設(shè)備是處于激活狀態(tài)的，就可以存在多個SPI主設(shè)備。常運用于AD轉(zhuǎn)換器、EEPROM、FLASH、實時時鐘、數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間實現(xiàn)通信。 ? 為了實現(xiàn)通信，SPI共有4條信號線，分別是： ?

? (1)主設(shè)備出、從設(shè)備入（Master Out Slave In，MOSI）：由主設(shè)備向從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的信號線，也稱為從設(shè)備輸入（Slave Input/Slave Data In，SI/SDI）。 ? (2)主設(shè)備入、從設(shè)備出（Master In Slave Out，MISO）：由從設(shè)備向主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的信號線，也稱為從設(shè)備輸出（Slave Output/Slave Data Out，SO/SDO）。 ? (3)串行時鐘（Serial Clock，SCLK）：傳輸時鐘信號的信號線。 ? (4)從設(shè)備選擇（Slave Select，SS）：用于選擇從設(shè)備的信號線，低電平有效。 ? SPI 的工作時序模式由CPOL（Clock Polarity，時鐘極性）和CPHA（Clock Phase，時鐘相位）之間的相位關(guān)系決定，CPOL 表示時鐘信號的初始電平的狀態(tài)，CPOL 為0 表示時鐘信號初始狀態(tài)為低電平，為1 表示時鐘信號的初始電平是高電平。CPHA 表示在哪個時鐘沿采樣數(shù)據(jù)，CPHA 為0 表示在首個時鐘變化沿采樣數(shù)據(jù)，而CPHA 為1 則表示在第二個時鐘變化沿采樣數(shù)據(jù)。 ?

? 04?RS232串口

傳輸線有兩根，地線一根。電平是負邏輯： ? -3V~-15V邏輯“1”，+3V~+15V邏輯“0”。 ? RS-232串口通信傳輸距離15米左右。可做到雙向傳輸，全雙工通訊，傳輸速率低20kbps 。 ? 下圖是DB9公頭和母頭的定義，一般用的最多的是RXD、TXD、GND三個信號。 ?

? TTL和RS-232互轉(zhuǎn)：單片機接口一般是TTL電平，如果接232電平的外設(shè)，就需要加TTL轉(zhuǎn)RS232的模塊。如下圖，可用芯片MAX232進行轉(zhuǎn)換。 ? ?

? 05?RS422串口

RS-422有4根信號線：兩根發(fā)送、兩根接收和一根地線。全雙工通信。 ? 它有一個主設(shè)備，其余為從設(shè)備，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。

? 06?RS485串口

? RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 ? 采用兩線半雙工傳輸，最大速率10Mb/s，電平邏輯是兩線的電平差來決定的，提高抗干擾能力，傳輸距離長(幾十米到上千米)。 ? +2V~+6V邏輯“1”，-2~-6V邏輯“0”。 ? TTL轉(zhuǎn)成RS-485很常見，比如MAX485，參考電路如下。 ?

? RE引腳：接收器輸出使能（低電平有效）。 ? DE引腳：發(fā)送器輸出使能（高電平有效）?？梢灾苯油ㄟ^MCU的IO端口控制。

07?TTL

? 嵌入式里面說的串口，一般是指UART口。4個pin（Vcc,GND,RX,TX），用TTL電平。 ? PC中的COM口即串行通訊端口，簡稱串口。9個Pin，用RS232電平。 ?

? 串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485是指的電平標(biāo)準(zhǔn)(電信號)。 ?

? 單片機與PC通訊示意圖如下： ?

? 08?CAN總線

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布式實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的功能復(fù)雜且智能。主要用于汽車通信。 ? CAN總線網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個節(jié)點通過這兩條線實現(xiàn)信號的串行差分傳輸，為了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。 ?

每一個設(shè)備既可做主設(shè)備也可做從設(shè)備。CAN總線的通信距離可達10千米（速率低于5Kbps），速度可達1Mbps（通信距離小于40M）。 ? ?

? CAN電平邏輯：CAN總線采用"線與"的規(guī)則進行總線沖裁，1&0為0，所以稱0為顯性，1為隱性。 ? 從電位上看，因為規(guī)定高電位為0，低電位為1，同時發(fā)出信號時實際呈現(xiàn)為高電位，從現(xiàn)象上看就像0覆蓋了1，所以稱0為顯性，1為隱性。 ?

? 09?USB

USB接口最少有四根線，其中有兩根是數(shù)據(jù)線，而所有的USB數(shù)據(jù)傳輸都是通過這兩根線完成。它的通信遠比串口復(fù)雜的多。 ? 兩根數(shù)據(jù)線采用差分傳輸，即需要兩根數(shù)據(jù)線配合才能傳輸一個bit，因此是半雙工通信，同一時間只能發(fā)送或者接收。 ? USB 規(guī)定，如果電壓電平不變，代表邏輯1；如果電壓電平變化，則代表邏輯0。

10?SD卡接口

SD卡是一種存儲卡，可用于手機作為內(nèi)存卡使用。 ? 嵌入式中，單片機與SD卡通信有兩種模式： 1. SPI總線通信模式； 2. SD總線通信模式。 ?

? 值得注意的是，SD總線模式中有4條數(shù)據(jù)線；SPI總線模式中僅有一條數(shù)據(jù)線（MOSI和MISO不能同時讀數(shù)據(jù)，也不能同時寫數(shù)據(jù)）；這樣在嵌入式中，單片機與SD卡通信時采用SD總線模式比SPI總線模式速度快幾倍。 ?

? 11?1-WIRE總線

1-Wire由美國Dallas(達拉斯)公司推出，是一種異步半雙工串行傳輸。采用單根信號線，既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。 ?

? 單總線的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為16.3Kbit/s，最大可達142 Kbit/s，通常情況下采用100Kbit/s以下的速率傳輸數(shù)據(jù)。 ? 1-Wire線端口為漏極開路構(gòu)或三態(tài)門的端口，因此一般需要加上拉電阻Rp，通常選用5K~10KΩ ? 主要應(yīng)用在：打印墨盒或醫(yī)療消耗品的識別；印刷電路板、配件及外設(shè)的識別和認(rèn)證。 ?

12?Ethernet

? 以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。大家知道，以太網(wǎng)接口可分為協(xié)議層和物理層。協(xié)議層是由一個叫MAC(Media Access Layer)控制器的單一模塊實現(xiàn)。物理層由兩部分組成，即PHY(Physical Layer)和傳輸器。 ? 目前很多主板的南橋芯片已包含了以太網(wǎng)MAC控制功能，只是未提供物理層接口。因此，需外接PHY芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。 ? ?

? 網(wǎng)絡(luò)變壓器的作用是：耦合差分信號，抗干擾能力更強；變壓器隔離網(wǎng)線端不同設(shè)備的不同電平，隔離直流信號。

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編輯：黃飛

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