關(guān)于12種總線(xiàn)接口的匯總整理

本文總結了12種總線(xiàn)接口：UART、I2C、SPI、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB、SD卡、1-WIRE、Ethernet。文章有點(diǎn)長(cháng)，建議先收藏，需要的時(shí)候再拿出來(lái)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(xiàn)。它比同步串口復雜很多。有兩根線(xiàn)，一根TXD用于發(fā)送，一根RXD用于接收。 ? UART的串行數據傳輸不需要使用時(shí)鐘信號來(lái)同步傳輸，而是依賴(lài)于發(fā)送設備和接收設備之間預定義的配置。 ? 對于發(fā)送設備和接收設備來(lái)說(shuō)，兩者的串行通信配置應該設置為完全相同。 ?

? 起始位：表示數據傳輸的開(kāi)始，電平為“0” 。 ? 數據位：可能值有5、6、7、8、9，表示傳輸這幾個(gè)bit 位數據。一般取值為8，因為一個(gè)ASCII 字符值為8 位。 ? 奇偶校驗位：用于接收方對接收到的數據進(jìn)行校驗，校驗“1” 的位數為偶數(偶校驗) 或奇數(奇校驗)，以此來(lái)校驗數據傳送的正確性，使用時(shí)不需要此位也可以。 ? 停止位：表示一幀數據的結束。電平邏輯為“1”。 ? 如果用通用IO口模擬UART總線(xiàn)，則需一個(gè)輸入口，一個(gè)輸出口。 ? 02?I2C總線(xiàn) ? I2C總線(xiàn)是一種同步、半雙工雙向的兩線(xiàn)式串口總線(xiàn)。它由兩條總線(xiàn)組成：串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL和串行數據線(xiàn)SDA。 ? ? SCL線(xiàn)—負責產(chǎn)生同步時(shí)鐘脈沖。 ? SDA線(xiàn)—負責在設備間傳輸串行數據。 ? 該總線(xiàn)可以將多個(gè)I2C設備連接到該系統上。連接到I2C總線(xiàn)上的設備既可以用作主設備，也可以用作從設備。 ?

? 主設備負責控制通信，通過(guò)對數據傳輸進(jìn)行初始化，來(lái)發(fā)送數據并產(chǎn)生所需的同步時(shí)鐘脈沖。從設備則是等待來(lái)自主設備的命令，并響應命令接收。 ? 主設備和從設備都可以作為發(fā)送設備或接收設備。無(wú)論主設備是作為發(fā)送設備還是接收設備，同步時(shí)鐘信號都只能由主設備產(chǎn)生。 ? 如果用通用IO口模擬I2C總線(xiàn)，并實(shí)現雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口(SDA)，另外還需一個(gè)輸出口(SCL)。 ? 03?SPI串行總線(xiàn) ? SPI總線(xiàn)是同步、全雙工雙向的4線(xiàn)式串行接口總線(xiàn)。它是由“單個(gè)主設備+多個(gè)從設備”構成的系統。 ? 在系統中，只要任意時(shí)刻只有一個(gè)主設備是處于激活狀態(tài)的，就可以存在多個(gè)SPI主設備。常運用于AD轉換器、EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數字信號處理器和數字信號解碼器之間實(shí)現通信。 ? 為了實(shí)現通信，SPI共有4條信號線(xiàn)，分別是： ?

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

? 04?RS232串口

傳輸線(xiàn)有兩根，地線(xiàn)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?？勺龅诫p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(gè)信號。 ?

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

? 05?RS422串口

RS-422有4根信號線(xiàn)：兩根發(fā)送、兩根接收和一根地線(xiàn)。全雙工通信。 ? 它有一個(gè)主設備，其余為從設備，從設備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)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(xiàn)半雙工傳輸，最大速率10Mb/s，電平邏輯是兩線(xiàn)的電平差來(lái)決定的，提高抗干擾能力，傳輸距離長(cháng)(幾十米到上千米)。 ? +2V~+6V邏輯“1”，-2~-6V邏輯“0”。 ? TTL轉成RS-485很常見(jiàn)，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^(guò)MCU的IO端口控制。

07?TTL

? 嵌入式里面說(shuō)的串口，一般是指UART口。4個(gè)pin（Vcc,GND,RX,TX），用TTL電平。 ? PC中的COM口即串行通訊端口，簡(jiǎn)稱(chēng)串口。9個(gè)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是指的電平標準(電信號)。 ?

? 單片機與PC通訊示意圖如下： ?

? 08?CAN總線(xiàn)

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò )的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種能夠實(shí)現分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)的功能復雜且智能。主要用于汽車(chē)通信。 ? CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )主要掛在CAN_H和CAN_L，各個(gè)節點(diǎn)通過(guò)這兩條線(xiàn)實(shí)現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(gè)設備既可做主設備也可做從設備。CAN總線(xiàn)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(xiàn)采用"線(xiàn)與"的規則進(jìn)行總線(xiàn)沖裁，1&0為0，所以稱(chēng)0為顯性，1為隱性。 ? 從電位上看，因為規定高電位為0，低電位為1，同時(shí)發(fā)出信號時(shí)實(shí)際呈現為高電位，從現象上看就像0覆蓋了1，所以稱(chēng)0為顯性，1為隱性。 ?

? 09?USB

USB接口最少有四根線(xiàn)，其中有兩根是數據線(xiàn)，而所有的USB數據傳輸都是通過(guò)這兩根線(xiàn)完成。它的通信遠比串口復雜的多。 ? 兩根數據線(xiàn)采用差分傳輸，即需要兩根數據線(xiàn)配合才能傳輸一個(gè)bit，因此是半雙工通信，同一時(shí)間只能發(fā)送或者接收。 ? USB 規定，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(xiàn)通信模式； 2. SD總線(xiàn)通信模式。 ?

? 值得注意的是，SD總線(xiàn)模式中有4條數據線(xiàn)；SPI總線(xiàn)模式中僅有一條數據線(xiàn)（MOSI和MISO不能同時(shí)讀數據，也不能同時(shí)寫(xiě)數據）；這樣在嵌入式中，單片機與SD卡通信時(shí)采用SD總線(xiàn)模式比SPI總線(xiàn)模式速度快幾倍。 ?

? 11?1-WIRE總線(xiàn)

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(xiàn)，既傳輸時(shí)鐘又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的。 ?

? 單總線(xiàn)的數據傳輸速率一般為16.3Kbit/s，最大可達142 Kbit/s，通常情況下采用100Kbit/s以下的速率傳輸數據。 ? 1-Wire線(xiàn)端口為漏極開(kāi)路構或三態(tài)門(mén)的端口，因此一般需要加上拉電阻Rp，通常選用5K~10KΩ ? 主要應用在：打印墨盒或醫療消耗品的識別；印刷電路板、配件及外設的識別和認證。 ?

12?Ethernet

? 以太網(wǎng)是目前應用最普遍的局域網(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(gè)叫MAC(Media Access Layer)控制器的單一模塊實(shí)現。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(xiàn)端不同設備的不同電平，隔離直流信號。

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編輯：黃飛

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