IIC、SPI、UART、USART、USB、CAN等通讯协议原理及区别

（1）IIC   （PHILIPS公司开发）

Inter-Integrated Circuit ，它为两线式串行总线（SDA数据线、SCL时钟线），用于连接微控制器和外围设备、传输速度100-400kHz=400kbps（48.8KB/s），高速模式最高可达4MHz(488KB/s)，非全双工

注意KB和kbps的区别：

KB代表K个字节

kbps代表k个位每秒。

传送过程中有三种类型的信号：开始、结束、应答信号

图参考：【1】IIC总线工作原理https://blog.csdn.net/yyyljw/article/details/70800916

1.1开始发送信号和结束发送信号时SDA和SCL电平的转换：

1.2主机向从机发送信号，等待从机应答，应答为低电平、非应答为高电平，在第9个时钟周期完成：

 

数据传输的时序：

从高位开始传输，若有中断来，则SCL置低电平等待，SCL高电平时数据传输，SCL低电平时数据转换

补充读写过程

【2】IIC总线解析https://www.cnblogs.com/zalebool/p/4214599.html

【3】对 IIC 总线的理解、调用函数以及常见面试问题 https://www.cnblogs.com/alantu2018/p/8994719.html

 

(2)SPI （Motorola公司）

Serial Peripheral interface 串行外围设备接口

全双工同步数据传输，数据传输速率很高可达到50Mhz（转化一下约，相当于1s传输50M个位，速度为5.9MB/s）

有4根线进行通信：MISO MOSI SCLK CS

MISO：主设备数据输入，从设备数据输出

MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入

SCLK：主设备产生的时钟信号

CS：片选信号

其中：外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输

传输时序：

依据时钟极性和相位可以进行相应的传输：CPOL时钟极性（为1时，高电平代表空闲状态）反之亦然，CPHA为时钟相位，CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样，为1时，第二个跳变沿被采样。

补充读写过程 

可参考：SPI和IIC总线的对比，写的不错https://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/8237881

（3）UART

UART，全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器

传输速率取决于波特率的设置

例如：

波特率115200 ＝ 115200 (位/秒)

如果没有校验位，就应该除以 10，得到的是每秒字节数：
波特率115200 ＝ 115200 (位/秒) ＝ 11520 (字节/秒) 

再除以 1024，就是每秒 KB 数：
波特率115200 ＝ 115200 (位/秒) ＝ 11.25 (KB/秒) 

如果有一位奇偶校验位，就应该除以 11，得到的是每秒字节数。

参考https://blog.csdn.net/sinat_23338865/article/details/52873429

 

UART是通用异步收发器（异步串行通信口）的英文缩写，它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范，即UART是异步串行通信口的总称。而RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等，是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准，它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。实际上是属于通信网络中的物理层（最底层）的概念，与通信协议没有直接关系。而通信协议，是属于通信网络中的数据链路层（上一层）的概念。 COM口是PC（个人计算机）上，异步串行通信口的简写。由于历史原因，IBM的PC外部接口配置为RS232，成为实际上的PC界默认标准。所以，现在PC机的COM口均为RS232

参考： https://blog.csdn.net/weixin_43046653/article/details/84998083

RS-232是一个串行通信接口标准，它规定了逻辑“1”为-3 ~ -15V，逻辑“0”为+3 ~ +15V，符合该标准的串口也叫RS-232串口，比如电脑的COM口。不符合RS-232标准的串口？如单片机（如stm32）的UART/USART，它不遵循RS-232标准，使用的是TTL电平（Transistor-Transistor Logic），该电平的逻辑“1”为+5V，逻辑“0”为0V，称为TTL串口。
参考：https://blog.csdn.net/qq_26904271/article/details/79829363 

（4）USART 

Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter 通用同步/异步串行接收/发送器 全双工同步异步方式

支持异步通信或者同步通信（时钟同步）

UART和USART的区别是USART多了一根时钟同步线

参考：http://www.elecfans.com/tongxin/119/20171120582574.html

注意一般情况下使用：全双工异步通信（时钟不同步需要加上标志位识别）

TX和RX

（5）USB（英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出）

Universal Serial BUS（通用串行总线）

USB2.0属于半双工 异步通信方式

USB3.0属于全双工

用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC 领域的接口技术

传输速度：

标准的5口：

3.0：参考：https://wenku.baidu.com/view/7dd2d4d1b9f3f90f76c61bd3.html

(6)CAN （德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN 通信协议）半双工的通信方式

Controller Area Network ,传输速率1Mbps相当于125KB/s

可参考：CAN总线要点 https://www.cnblogs.com/spoorer/p/6649303.html

 

 

1、同步和异步通信的问题？

参考：同步异步通信

参考：通信方式梳理：GPIO，I2C，SPI，UART，USART，USB的区别   https://blog.csdn.net/weixin_43046653/article/details/84998083 

2、单片机与电脑的连接问题？

需要解决电平转换的问题

参考：区分：串口，COM口，UART，USARThttps://blog.csdn.net/qq_26904271/article/details/79829363

 

关于信道的概念以及通信交互方式：半双工、全双工（上述涉及的）可联系（计算机网络）物理层的如下描述