通信接口

电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容——物理层

原理、线数、传输速率、应用场合。

如图为一个通信接口转换器。图中显示电子通信常用接口，以及接口复用情况及接口型式。

 

 

一、SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是Motorola公司MC68HCXX系列提出的一种同步4线串行数据传输标准。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。一般TF卡、SD卡、读卡器用这种接口，U盘？

SPI总线首次推出是在1979年，Motorola公司将SPI总线集成在他们第一支改自68000微处理器的微控制器芯片上。SPI总线是微控制器四线的外部总线（相对于内部总线）。与IIC不同，SPI没有明文标准，只是一种事实标准，对通信操作的实现只作一般的抽象描述，芯片厂商与驱动开发者通过data sheets和application notes沟通实现上的细节。
 

SPI是种四根信号线协议（如图）：

• SCLK: Serial Clock (output from master);
• MOSI; SIMO: Master Output, Slave Input(output from master);
• MISO; SOMI: Master Input, Slave Output(output from slave);
• SS: Slave Select (active low, outputfrom master).

1. 以主/从方式工作，数据传输过程由主机初始化。4条信号线分别为：
   1) SCLK：串行时钟，用来同步数据传输，由主机输出；
   2) MOSI：主机输出从机输入数据线，通常先传输MSB；
   3) MISO：主机输入从机输出数据线，通常先传输LSB；
   4) SS：片选线，低电平有效，由主机输出。
   在SPI总线上，某一时刻可以出现多个从机，但只能存在一个主机，主机通过片选线来确定要通信的从机。这就要求从机的MISO口具有三态特性，使得该口线在器件未被选通时表现为高阻抗。多个片选或者菊花链形式实现一主多从。
   
2. SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在SCLK的上升沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：
   1) 主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读取这1位数据；
   2) 从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读取这1位数据。
   这是通过移位寄存器来实现的。如图2所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。
   
3. 时钟极性（CPOL或UCCKPL）和时钟相位（CPHA或UCCKPH）
   在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性和时钟相位。时钟极性设置时钟空闲时的电平，时钟相位设置读取数据和发送数据的时钟沿。主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的。所以为了保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。举例来说，分别选取MSP430控制器和OLED驱动SH1101A为主从机，图3和图4为它们的SPI时序。由图4可知，SH1101A的SPI时钟空闲时为高电平，并且在后时钟沿接收数据，则MSP430控制器SPI的设置应与此保持一致。从图3中可以看出，要使得时钟在空闲时为高电平，应将UCCKPL置1；要使得在后时钟沿接收数据，应将UCCKPH清零。
   
   
4. 优缺点
5. 优点：全双工操作；操作简单；数据传输速率较高。
   缺点：需要占用主机较多的口线（每个从机都需要一根片选线）；只支持单个主机；没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
6. 应用

       SPI总线可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件相连，包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。

二、I2C Inter－Integrated Circuit

I2C由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线（数据线和时钟线）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。

IIC 开发于1982年，当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一，而最初的嵌入系统是使用内存映射（memory-mapped I/O）的方式来互联微控制器和外围设备的。要实现内存映射，设备必须并联入微控制器的数据线和地址线，这种方式在连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片，很不方便并且成本高。

为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片，使印刷电路板更简单，成本更低，位于荷兰的Philips实验室开发了 ‘Inter-Integrated Circuit’，IIC 或 IIC ，一种只使用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线速度为100kbps。经历几次修订，主要是1995年的400kbps，1998的3.4Mbps。

如图是I2C总线应用。？？？1、测量直流电流模块，绿色是传感器，通过I2C送出测量数据。2、手势传感器。3、LCD1602显示。4、eeprom存储模块接口。

1. 接口
   
   I2C接口包括时钟线（SCL）和数据线（SDA）。这两条线都是漏极开路或者集电极开路结构，使用时需要外加上拉电阻，可以挂载多个设备。每个设备都有自己的地址，主机通过不同地址来选中不同的设备。
2. 一般操作
     1）主机给从机发数据：发送开始条件START和从机地址；发送数据；发送停止条件STOP结束。

2）主机从从机读取数据：发送开始条件START和从机地址；发送要读取的地址；读取数据；发送停止条件STOP结束。

• 2.1开始和结束条件
  当SCL保持高电平期间，SDA从高电平跳变到低电平，即为开始条件START。当SCL保持高电平期间，SDA从低电平跳变到高电平，即为结束条件STOP。
  
  2.2 重复的起始条件
  与起始条件的区别是，它出现在结束条件STOP之前。例如读取数据时，发送START、从机地址、要读取的地址后，不需要发送STOP，而可以发送重复起始条件和从机地址，开始数据读取。
  2.3 ACK和NACK
  数据传输时先传MSB。接收者在每个字节后的第9个时钟周期将SDA保持低电平进行确认数据接收成功；而在第9个时钟周期将SDA保持高电平表示数据传输出错，或者主机不再想接收数据。
  
  1. 数据读写
     1）写数据
     
     2）读数据
     
  2. 优缺点
     1）优点
     只使用两条信号线；支持多主机多从机；有应答机制；极低的电流消耗．抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。
     2）缺点
     速率比SPI慢。

与SPI的单主设备不同，IIC 是多主设备的总线，IIC没有物理的芯片选择信号线，没有仲裁逻辑电路，只使用两条信号线—— ‘serial data’ (SDA) 和 ‘serial clock’ (SCL)。IIC协议规定：

• 第一，每一支IIC设备都有一个唯一的七位设备地址；
• 第二，数据帧大小为8位的字节；
• 第三，数据（帧）中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向（读写）和应答机制。

IIC 数据传输速率有标准模式（100 kbps）、快速模式（400 kbps）和高速模式（3.4 Mbps），另外一些变种实现了低速模式（10 kbps）和快速+模式（1 Mbps）。

物理实现上，IIC 总线由两根信号线和一根地线组成。两根信号线都是双向传输的，参考下图。IIC协议标准规定发起通信的设备称为主设备，主设备发起一次通信后，其它设备均为从设备。

对比一下IIC 和 SPI的一些关键点：
第一，总线拓扑结构/信号路由/硬件资源耗费
IIC 只需两根信号线，而标准SPI至少四根信号，如果有多个从设备，信号需要更多。一些SPI变种虽然只使用三根线——SCLK, SS和双向的MISO/MOSI，但SS线还是要和从设备一对一根。另外，如果SPI要实现多主设备结构，总线系统需额外的逻辑和线路。用IIC 构建系统总线唯一的问题是有限的7位地址空间，但这个问题新标准已经解决——使用10位地址。从第一点上看，IIC是明显的大赢家。

第二，数据吞吐/传输速度
如果应用中必须使用高速数据传输，那么SPI是必然的选择。因为SPI是全双工，IIC 的不是。SPI没有定义速度限制，一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps。IIC 最高的速度也就快速+模式（1 Mbps）和高速模式（3.4 Mbps），后面的模式还需要额外的I/O缓冲区，还并不是总是容易实现的。

第三，优雅性
IIC 常被称更优雅于SPI。公正的说，我们更倾向于认为两者同等优雅和健壮。IIC的优雅在于它的特色——用很轻盈的架构实现了多主设备仲裁和设备路由。但是对使用的工程师来讲，理解总线结构更费劲，而且总线的性能不高。

SPI的优点在于它的结构相当的直观简单，容易实现，并且有很好扩展性。SPI的简单性不足称其优雅，因为要用SPI搭建一个有用的通信平台，还需要在SPI之上构建特定的通信协议软件。也就是说要想获得SPI特有而IIC没有的特性——高速性能，工程师们需要付出更多的劳动。另外，这种自定的工作是完全自由的，这也说明为什么SPI没有官方标准。IIC和SPI都对低速设备通信提供了很好的支持，不过，SPI适合数据流应用，而IIC更适合“字节设备”的多主设备应用。

小结
在数字通信协议簇中，IIC和SPI常称为“小”协议，相对Ethernet, USB, SATA, PCI-Express等传输速度达数百上千兆字节每秒的总线。但是，我们不能忘记的是各种总线的用途是什么。“大”协议是用于系统外的整个系统之间通信的，“小”协议是用于系统内各芯片间的通信，没有迹象表明“大”协议有必要取代“小”协议。IIC和SPI的存在和流行体现了“够用就好”的哲学。回应文首，IIC和SPI如此流行，它是任何一位嵌入式工程师必备的工具。

 

三、UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

  UART: 通用异步收发传输器（当作硬件来看），异步通信协议（当作软件来看）。
                 特性：两根线，全双工，异步通信，速度慢，也就是一根线发送一根线接收。并且电平逻辑是时间的函数，如何理解这句话？发送和接收一个bit有一个固定的时间宽度，也就是等于这个时间宽度时才认为是1bit，为了约定这个时间宽度，就产生了一个比特率的概念：表示一秒可以传输多少bit的数据。 单位bps=bit per second。

UART使用的是 异步，串行通信。

    串行通信是指利用一条传输线将资料一位位地顺序传送。特点是通信线路简单，利用简单的线缆就可实现通信，降低成本，适用于远距离通信，但传输速度慢的应用场合。
    异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。 
    数据传送速率用波特率来表示，即每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位（1个起始位，7个数据位，1个校验位，1个结束位），则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

 

 

 

 

UART是一种异步传输接口，不需要时钟线，通过起始位和停止位及波特率进行数据识别。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的，与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。在嵌入式设计中，UART用于主机与辅助设备通信，如汽车音响与外接AP之间的通信，与PC机通信包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。

UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上，多数是16550AFN芯片。

 

UART与COM口、RS232, TTL关系

嵌入式里面说的串口，一般是指UART口， 但是我们经常搞不清楚它和COM口的区别,  以及RS232, TTL等关系,  实际上UART，COM指的物理接口形式(硬件), 而TTL、RS-232是指的电平标准(电信号).

UART有4个pin，用的TTL电平,  低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）。

COM口是我们台式机上面常用的口(下图)，9个pin， 用的RS232电平,  它是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平

          

 

如图应用及接口型式。

1、3.5寸320240串口液晶模块 uart 3.3v 单片机；2、监控通信板卡mipi,lvds,lcd,vga网卡千兆以太网接口uart*2；

 

3、cr-uart8 8路串口分配器；4、27mm电线用于uarm和openmv的uart端口连接到arduino mega2560；

1. 接口
   UART仅使用两条线TXD和RXD用于数据的发和收。
   
2. 数据格式
   1）起始位
   数据线空闲状态为高电平，要发送数据时将其拉低一个时钟周期表示起始位。
   2）数据位
   使用校验位时，数据位可以有5~8位；如果不使用校验位，数据位可以达9位。
   3）校验位
   奇偶校验，保证包括校验位和数据位在内的所有位中1的个数为偶数。
   4）停止位
   为了表示数据包的结束，发送端需要将信号线从低电平变为高电平，并至少保持2个时钟周期。
3. 优缺点
   1）优点
   只使用两条信号线；
   不需要时钟信号；
   有校验位进行错误检测；
   2）缺点
   传输速率比较低。

 

四、232/485总线

TTL和RS-232电平标准

（1）TTL：Transistor-Transistor Logic。

（2）RS-232：Recommeded Standard - 232。

3、TTL电气特性

        输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。

        输入 L： <1.2V ； H：>2.0V

4、RS-232电气特性

        逻辑0＝+3V～+15V

        逻辑1 = -3V～-15V

6、二者在软件层面是一样的。

（1）一次只传输1b。

（2）按照指定的波特率进行传输。

（3）可选校验。

（4）可以指定停止位长度。

7、不同的仅仅是硬件，即：电气特性。

 

串行通信接口标准，RS-232C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。

COM口9个pin， 用的RS232电平,  它是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平？

RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、2条地线、5条备用未定义线，常用的只有9根，所以使用COM口。包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道？？当通信距离较近时，可不需要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线235（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信.

无Modem时，RS-232C标准规定：当误码率小于4%时，要求导线的电容值应小于2500PF。对于普通导线，其电容值约为170PF/M。则允许距离L=2500PF/（170PF/M）=15M；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。

RS232以DB9接头直接连接到转换器，通过转换器将rs232和rs485相互转换

232转TTL，TTL电平信号规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”

RS-485 串行总线标准，在远距离条件（几十米到1200米）下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工两线制工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。

RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-485方式构成的多机通信系统采用主从式结构：主机控制多个从机，主机先呼叫唤醒某从机地址，从机的单片机不主动发送命令或数据；并且在一个多机系统中，只有一台主机，每台从机均分配有一个从机地址，各台从机之间不能相互通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。

RS485采用差分信号负逻辑，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。在100kbps速率下1200米。

RS485有四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。

485通讯总线（必须用双绞线，或者网线的其中一组），如果用普通的电线（没有双绞）干扰将非常大，通讯不畅通讯不上。每台控制器设备必须手牵手地串下去，不可以有星型连接或者分叉，星型连接或者分叉，干扰将非常大？？？

 

全双工/半双工工作方式：

485总线拓扑结构：

485差分驱动：

485差分接收器：

TI的485产品1：power over bus

TI的485产品2：

TI的485产品3：

 

五、USB

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。USB2.0以前5V电压，500mA电流，USB通讯距离在5米内.

USB用一个4针（USB3.0标准为9针）插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、充电器、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光驱/软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等，几乎所有的外部设备。新一代的 USB 3.0 ，传输速率理论上能达到 4.8Gbps ，比现在的 480Mbps 的 High Speed USB （简称为 USB 2.0 ）快 10 倍，能兼容 USB 2.0 和 USB 1.1 设备。  按接口形状分：A型、B型、C型、mini型、micro型。按公母口分：公口、母口。按新旧版本分：2.0、蓝色3.0、3.2

对于mini口，多了一个 ID 脚，它在 OTG 功能中才使用。由于 Mini-USB 接口分 Mini-A 、 B 和 AB 接口。如果你的系统仅仅是用做 Slave ，那么就使用 B 接口。   系统控制器会判断 ID 脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高电平，则是 B 接头插入，此时系统就做主模式 (master mode)  ；如果 ID 为低，则是 A 接口插入，然后系统就会使用 HNP 对话协议来决定哪个做 Master ，哪个做 Slave 。USB 3.0 并非广播总线，它在包头中采用发送列表区段来进行发包，上行接口提供分散式的 USB 3.0 互联，下行接口支持 USB 2.0 设备，从而用简单的方法实现高速传输和兼容性并举的双重好处。从 USB 3.0 接口来看，它除了具备 USB 2.0 接口的 4 个金属触点外，在内部增添了 5 个较小的新触点。同时，除了使用了铜作为传输介质之外， USB 3.0 的接口和线缆还可以支持光纤传输功能将得到更高的传输速度。 

USB电平：5V？？？

USB与TTL、RS232的转换：

USB转TTL芯片：PL2303、CP2102芯片是 USB  转  TTL串口 的芯片，用USB来 扩 展串口 (TTL 电 平 )

 

USB转RS232芯片：MAX232。

USB 经过 PL2303 转 成了 TTL串口，中 间 四个窟窿可以引出，再 经 MAX232 转换为 RS-232 电平。

 

 

 

六、CAN总线

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是1986 年德国BOSCH公司开发的为汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 CAN总线，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达1Mbps。。其典型的应用协议有：专为大型货车和重工机械车辆设计的SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。ISO11898和ISO11519，两者差分电平特性不同。11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps  的 CAN 高速通信标准。11519 是通信速度为 125kbps以下的 CAN 低速通信标准。

CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

网络各节点之间的数据通信实时性强

首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权（取决于报文标识符）采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

开发周期短

CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会在出现在RS-485网络中当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

 

CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L，各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输，为了避免信号的反射和干扰，还需要在CAN_H（黄色）和CAN_L（绿色）之间接上120欧姆的终端电阻，因为电缆的特性阻抗为120欧？？？

协议格式，及多节点竞争过程。

ISO11898和ISO11519，两者差分电平特性不同，高低电平对应的显隐性相反。

“显性”和“隐性”： 静止状态时，CAN_High 线和CAN_Low 线上的电平一样，为静电平2.5 伏，即隐性电平。当有信号修改时，CAN_High 线上的电压值升高1V；而CAN_Low 线上的电压值会降1v。  此时，CAN_High 就是 2.5v+1v=3.5v，它就处于激活状态了。而CAN_Low 降为2.5v-1v=1.5v。可以看看这个图

 

 一般来说，控制单元通过收发器连接到 CAN 驱动总线上，这个收发器（顾名思义，可发送，可接收）内有一个接收器，该接收器是安装在接收一侧的差动信号放大器。然后，这个放大器很自然地就放大了CAN_High 和CAN_Low 线的电平差，然后传到接收区。

 

SJA1000的输出模式有很多，使用最多的是正常输出模式，输入模式通常不选择比较器模式，可以增大通信距离，并且减少休眠下的电流。

收发器按照通信速度分为高速CAN收发器和容错CAN收发器。同一网络中要使用相同的CAN收发器。CAN连接线上会有很多干扰信号，需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路

 

CAN应用与接口型式：

CTM8251 是一款将CAN 控制器的逻辑电平转换为 CAN 总线的差分电平并且带有 DC和隔离功能的通用 CAN 收发器芯片。 ZLG周立功公司，该芯片符合ISO 11898 标准。

82c250，为CAN总线收发器，是CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

SJA1000 是一种独立控制器，它是PHILIPS半导体PCA82C200 CAN 控制器BasicCAN 的替代产品而且它增加了一种新的工作模式PeliCAN, 这种模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B 协议.

TJA1050是控制器区域网络(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口。该器件为总线提供差分发射能力并为CAN控制器提供差分接收能力。TJA1050是PCA82C250和PCA82C251之后的第三代Philips高速CAN收发器

 

 

MODBUS和CAN总线集成：

PCICAN系列接口卡，即PCI转CAN模块。PCICAN接口均为工业级设计，CAN端自带磁耦隔离模块，使其避免由于地环流的损坏，强大的抗静电和浪涌能力，使之可以在恶劣环境中使用。可用于绝大多数PC控制CAN总线的场合，通讯速度极高，实时性很强。PCI-50X0系列是智能型CAN接口卡，即带板载协处理器，可以在电脑CPU繁忙的时候，保证CAN数据不丢失。多用于多板卡工控机或者多任务高负载的软件环境。配有可在Windows、Linux等操作系统下工作的驱动程序，兼容PCI 2.2规范，并包含详细的应用例程。PC插入式板卡(PCIe-x1)用于PCI Express插槽。

CAN与USB转换，CAN与以太网转换

 

 

CAN硬件接口：

当用DB9接头做一个CAN口时，自己定义？？？？

 

 

 

 

七、IEEE 1394

 

 

八、无线

7.1蓝牙

 

7.2 IEEE 802

 

7.3 zigbee

 

 

九、AUX音频接口

 

 

十、esata

 

十一、HDMI （ High-Definition Multimedia Interface ）高清晰多媒体接口

是一种新型的数字音频视频接口，仅仅使用一条信号线，同时传送音频和视频数据，接口标准由日立、松下、飞利浦、美商晶像、索尼、汤姆森、东芝公司联合制定。 HDMI 接口并不是一个开放的标准。制造商必须向 HDMI 标准制定协会支付版税，来换取一个生产许可证，每生产一个 HDMI 接口就要支付 0.15 美元的许可费标识支持 HDMI 的 logo 。

在 HDMI 接口中的数据信号采用的是 TMDS 最小化传输差分信号协议，这种数据传输协议曾经在 DVI 接口上得到广泛的应用。这种协议会将标准 8bit 数据转换为 10bit 信号，并且在转换过程中使用微分传送。微分传送这种技术也曾经被广泛的应用于千兆以太网的数据传输中。

在 HDMI 接口中音频、视频数据的传输时可以使用三条 TMDS 数据通道。视频信息在传送时被转换城连续的 24bit 像素数据，每个时钟周期可以传送 10bit 的数据。像素时钟周期传输比率大约在 25MHz 至 165MHz 之间。一般来说标准的 NTSC 480i 隔行信号的像素时钟传输比率大约为 13.5MHz 。若传输信号的比率小于 25MHz ， HDMI 会采用自动循环技术填补码率，将信号的码率提升到 25MHz 的水平。而 HDMI 接口最高每秒可以传输 165M 像素的数据量，这个数据吞吐能力是相当惊人的。在未来一段时间内足以应付高码率，高数据流家用电器的信号传输任务。

在下一代 HDTV 高清晰电视中使用的是 720p 的规格。这种高清晰视频格式的分辨率为 1280X720 。也就是说在我们的屏幕上会显示 921600 个像素，若每秒需要显示 60 帧图像 (720p@60) ，那么总计每秒要传送 55,296,000 个像素的信息，折合成像素时钟传输比率就是 55.3MHz 。由此我们不难看出，这个码率远远小于 HDMI 接口的最大流量。 HDMI 接口足以应付比 720p 更大的数据流量。未来 HDTV 最高的标准是 1080p ，它每屏的分辨率为 1920X1080 ，若每秒传输 60 帧图像（ 1080p@60 ），那么最终的像素时钟传输比率为 124.4MHz 。

 

 

十二、modbus协议

Modbus是一种串行通信协议，开放免费，是Modicon公司（现施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用PLC通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto）。

MODBUS协议又分MODBUS RTU，MODBUS ASCII和后来发展的MODBUS TCP三种模式：其中前两种（MODBUS RTU，MODBUS ASCII）所用的物理硬件接口都是串行（Serial）通讯口（RS232，RS422，RS485）。而MODBUS TCP模式硬件接口是以太网（Ethernet）口了。

Modbus允许多个 (大约240个) 设备连接在同一个网络上进行通信，如测量温度和湿度的装置，并且将结果发送给计算机。在数据采集与监视控制系统（SCADA）中，Modbus通常用来连接监控计算机和远程终端控制系统（RTU）。

Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。

大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行。

 

 

 

十三、RJ45

RJ45是布线系统中信息插座（即通信引出端）连接器的一种，连接器由插头（接头、水晶头）和插座（模块）组成，插头有8个凹槽和8个触点。RJ是Registered Jack的缩写，意思是“注册的插座”。在FCC（美国联邦通信委员会标准和规章）中RJ是描述公用电信网络的接口，计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。

常见的RJ45接口有两类：用于以太网网卡、路由器以太网接口等的DTE（数据终端设备）类型和用于交换机等的DCE（数字通信设备）类型。当两个类型一样的设备使用RJ45接口连接通信时，必须使用交叉线连接。如果DTE类型接口和DTE类型接口相连时不交叉相连引脚，对触的引脚都是数据接收（发送）引脚，不能进行通信。另外：一些DCE类型设备会和对方自动协商，此时连接用直通线或平行线均可 [4]  

RJ45的性能指标同样包括衰减、近端串扰、插入损耗、回波损耗和远端串扰等。RJ45的性能技术说明：接触电阻为2.5mΩ，绝缘电阻为1000mΩ，抗电强度为DC1000V（AC700V）时，一分钟无击穿和飞弧现象；卡接簧片表面镀金或镀银，可接线径为0.4mm～0.6mm；插头插座可重复插拔次数不小于750次；8线接触针镀金509（inch）。

在这些性能指标要求中，串扰是设计时考虑的一个重要因素，为了使整个链路有更好的传输性能，在插座中常采用串扰抵消技术，串扰抵消技术能够产生与从插头引入的干扰大小相同、极性相反的串音信号来抵消串扰。如果由模块化插头引入的串音干扰用“++++”表示，插座产生的相反的串音则用“----”表示。当两个串音信号的大小相等，极性相反时，总的耦合串音干扰信号的大小为零。

在家用的ADSL Modem（调制解调器）上还会有RJ11接口，它比RJ45接口略小，主要用来连接电话线使用。需要说明的是，RJ11接口为4或6针，而RJ45则为8针接口，所以RJ45插头不能插入RJ11接口，反之RJ11插头也不能插入RJ45接口（虽然在物理接口上是可以实现的），在实际使用中一定要区分清楚 [11]  。RJ45固定链路向下兼容RJ11，RJ45的3-6、4-5线对对应到RJ11的1-4、2-3线对。

 

 

十四、GPIO

General-Purpose Input /Output Ports,中文意思是通用I/O端口。功能类似8051的P0~P3，可以软件设置成输出或是输入。如当clk generator, chip select等。
在嵌入式系统中，经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路，这些设备有的需要通过CPU控制，有的需要CPU提供输入信号。并且，许多设备或电路只要求有开/关两种状态就够了，比如LED的亮与灭。对这些设备的控制，使用传统的串口或者并口就显得比较复杂，所以，在嵌入式微处理器上通常提供了一种“通用可编程I/O端口”，也就是GPIO。

既然一个引脚可以用于输入、输出或其他特殊功能，那么一定有寄存器用来选择这些功能。对于输入，一定可以通过读取某个寄存器来确定引脚电位的高低；对于输出，一定可以通过写入某个寄存器来让这个引脚输出高电位或者低电位；对于其他特殊功能，则有另外的寄存器来控制它们。一个GPIO端口至少需要两个寄存器，一个做控制用的“通用IO端口控制寄存器”，还有一个是存放数据的“通用I/O端口数据寄存器”。数据寄存器的每一位是和GPIO的硬件引脚对应的，而数据的传递方向是通过控制寄存器设置的，通过控制寄存器可以设置每一位引脚的数据流向。（GPIO相关的寄存器有，IOPIN、IOSET、IOCLR、IODIR四个寄存器。)

 

 

 

 

 

 

参考文献：

1、http://blog.51cto.com/13695010/2096153

2、I2C接口 - 朝辞暮见的博客 - CSDN博客  https://blog.csdn.net/weixin_42048417/article/details/80683556

3、CAN总线知识点梳理 - 豚 - CSDN博客  https://blog.csdn.net/wofreeo/article/details/82288950

4、RS-485概述 http://edu.21ic.com/m/video/3404.html

5、UART简介及与COM口的区别_jirryzhang的博客-CSDN博客  https://blog.csdn.net/jirryzhang/article/details/70084743

6、UART通信原理，以及它和RS232和COM口的关系_dongdongnihao_的博客-CSDN博客  https://blog.csdn.net/dongdongnihao_/article/details/80051864

7、UART协议详解_zjy900507的博客-CSDN博客  https://blog.csdn.net/zjy900507/article/details/79789671

8、I2C和SPI总线，嵌入式工程师爱用哪个？ https://mp.weixin.qq.com/s/AsEsTi1kxFDo2uCR76jJqg

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