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1. 硬件层协议
通讯协议主要是实现两个设备之间的数据交换功能,通讯协议分硬件层协议和软件层协议。硬件层协议决定数据如何传输问题,比如要在设备1向设备2发送0x63,0x63的二进制数为0110 0011,这8个二进制数从设备1传输到设备2,涉及到1怎么传,0怎么传的问题,这就是硬件层要解决的问题。
硬件层协议目前比较多见的有RS-232、RS-485、SPI、IIC等。RS-232规定,线上的电压为x伏都表示传输的是0,y伏传输的则是1。再者,比如要选择多少条线传输数据,选择什么材质的线传输输入,这些也属于硬件层协议约束的。
2. RS-485通讯协议
MCU管脚输出TTL电平,TTL电平的意思是,当MCU管脚输出0电平时,一般情况下电压是0V,当MCU管脚输出1电平时,电压是5V。因TTL电平的是由一条信号线,一条地线产生,信号线上的干扰信号会跟随有效信号传送到接收端,使得有效信号受到干扰,485通讯实际上是把MCU出来的TTL电平通过硬件层的一个转换器芯片进行转换:
把MCU出来的一条的TTL信号经过芯片转换为两根线(线A、线B)上的信号。当MCU给转换器输入低TTL电平时,转换器会使得B的电压比A的电压高,反之,A的电压比B的电压高。
485协议规约两条电平线上差值为多少表示0或者1,电压是通过仪表可以测量得到的,所以说RS-485是硬件层协议。
485协议的接收端可能是另一个MCU,MCU管脚也只接受TTL电平,转换芯片过来的是两条线的电压,所以需要对此两条线差分电压转换为TTL电平。
把TTL转为485,实质是一个集成芯片,其间无任何程序代码,纯粹硬件逻辑。同理,将485电平转为TTL也是如此。现在很多芯片把接收和转换都集成到一块IC,注意,转换器和接收器依旧是没有同时工作的,常见的转换芯片是MAX485。
可以这样理解,硬件层协议是公路,路的目的是为了让车辆能够过去。
3. 半双工通讯
首先了解什么是单工通讯,单工通讯是指数据只能朝着一个方向传输的通讯方式。而半双工通讯则是指对于通讯两端,不能同时相对方法发送数据,必须错开时间段发送。
RS-485的通讯线只有2条,且这两条通讯线在一次传输中都需要用到,因此485只可实现半双工通讯。485实现半双工通讯,会遇到一个问题,MCU1向MCU2发数据时,并不知道线上是否正传来MCU2数据,因为没有其他线可用来判断对方的收发状态,那么可能也会导致数据冲突。因此,RS-485要实现半双工通讯,就需要上层的软件协议加以规约,也就是做到”不能你想发数据就发数据”。可以理解,软件层协议就好像交通规则,它能让数据有序传输。
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