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串行通信是指将数据拆分成一个个比特#xff0c;按照先后次序在一根总线上进行发送#xff0c;串行通信有着系统占…一、串行通信与并行通信
并行通信是指多个比特同时通过并行线进行传输这种方式的传输速率较高但会占用大量的芯片资源
串行通信是指将数据拆分成一个个比特按照先后次序在一根总线上进行发送串行通信有着系统占用资源少结构简单等优点是主机间通信的常用方式。
串口通信(Serial Port)是串行通信的一种属于串行通信中的异步通信。
串口通信是串行通信的一种具体实现指的是使用串行通信接口如RS-232、RS-485、USB串行接口等进行的数据传输。串口通信通常涉及一个物理接口如电脑上的COM端口或微控制器的UART通用异步收发传输器接口用于将并行数据转换为串行数据以便通过串行链路进行传输。串口通信可以是全双工同时发送和接收数据、半双工发送和接收数据不能同时进行或单工仅在一个方向上传输数据。
主机间通信无论采用并行还是串行方式都无法避免一个物理现象导线内阻不为零造成的电压衰减传递的信号会减弱。主机之间的距离会造成高电平在接收端出现衰减现象和串扰(指不同信号之间相互干扰导致信号失真)影响。 TTL电平 TTLTransistor-Transistor Logic电平是微处理器和许多数字电路中常用的信号电平标准。在TTL电平中逻辑“1”通常表示为5V逻辑“0”表示为0V。随着技术的发展也有3.3V TTL电平逻辑“1”为3.3V。TTL电平信号可以直接连接到微控制器的GPIO引脚但是它的驱动能力和抗干扰能力较弱不适合长距离传输。 RS232 RS232是最早被广泛使用的串行通信标准之一主要用于PC和其他设备之间的短距离通信。RS232采用负逻辑电平即逻辑“1”表示为-3V至-15V逻辑“0”表示为3V至15V。这种电平标准提高了信号的抗干扰能力适合于长距离通信尽管实际上距离有限一般不超过15米。RS232接口通常需要一个电平转换芯片如MAX232将TTL电平转换为RS232电平反之亦然。 RS485和RS422 RS485和RS422是两种差分信号通信标准相比RS232它们提供了更好的抗噪声性能和更远的传输距离。两者的主要区别在于RS485支持半双工通信而RS422支持全双工通信。在RS485和RS422中信号是通过一对差分线传输的逻辑“1”表示为两线之间的正电压差逻辑“0”表示为负电压差通常电压差为±2V至±6V。RS485和RS422同样需要电平转换芯片将TTL电平转换为差分电平。 strlen()计算字符数组的字符数以\0为结束判断不计算为\0的数组元素。 而sizeof计算数据包括数组、变量、类型、结构体等所占内存空间。 二、串口通信 在实际应用中串口通信通常采用异步模式而对于通信方式RS-232通常支持全双工通信而RS-485可以配置为半双工或全双工通过适当的硬件设计RS-422则默认支持全双工通信。 作为常用的串行通信方式以TTL为例串口通信在不同主机之间的数据格式为 空闲时数据线为高电平发送发发送一个低电平表示起始位发送的第一个比特是最低为(最右边);校验位分为奇校验偶校验和无校验。奇偶校验时数据位1的格式为奇数或者偶数时对应的奇偶校验位为1为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来校验位之后发送一个停止位1。
三、IIC
一种同步串行半双工通信总线方式。该总线允许同时连接多个设备(芯片)。每块芯片在总线上拥有特定的地址。 IIC总线在某一时刻总线只允许有一个设备处于发送状态所发出的数据被总线上所有的设备所接收。IIC通信协议包含有设备地址只有发送方携带的地址与某个接收方的地址相同时接收方才真正执行相关的指令。 IIC总线规定设备在空闲时两根总线都处于高电平状态。为保证这种状态数据线SDA和时钟线SCL都要外接上拉电阻。上拉电阻的阻值一般位4.7~10K。 距离越远上拉电阻阻值配置越小越近阻值越大。
IIC的时序
1.起始位 由于空闲时SDA和SCL都是高电平状态每次通信前发送方首先发送一个“起始”信号其实信号就是在SCL为高电平时SDA发送一个低电平。当其它设备接收到这个其实信号后将进行一次“总线仲裁”。意思就是设备(除发送其实信号的那个设备以外的)都将处于聆听状态。
2.数据位 IIC总线进行数据传送时时钟线(SCL)上的信号为高电平期间数据线(SDA)上的数据必须保持稳定。只有在时钟线(SCL)上的信号为低电平期间数据线(SCL)上的高电平或低电平状态才允许变化。同时SCL信号由数据启动发送的设备提供。输出到数据线(SDA)上的每个字节必须是8位。数据传送时先传送最高位(MSB)后传送最低位(LSB)与串口通信刚好相反。
3.应答位 发送器每发送一个字节8个bit就在时钟脉冲 9 期间释放数据线由接收器反馈一个应答信号。 主机SCL拉高读取从机SDA的电平。对于反馈有效应答位ACK的要求是接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将数据线SDA拉低并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 应答分两种情况数据线(SDA)为低电平时规定为有效应答位ACK简称应答位表示接收器已经成功地接收了该字节数据线(SDA)为高电平时规定为非应答位NACK表示接收器没有成功接收该字节。
4.停止位 当发送方发送完最后一个bit后需要发送一个结束标志来终止整个通信过程。当时钟线SCL 为高电平时数据线SDA 由低电平向高电平跳变与起始信号刚好相反。 完整时序图 IIC的设备地址 由于IIC总线的多设备设计为了能够在通信时能够将数据发送给正确的设备每个设备都具有一个独一无二的地址。并且IIC在每次启动通信后的第一个字节就是需要接收数据的设备的地址。这一个字节的地址中其实真正的地址只有7位最低位事实上代表的是方向位用来表示接下来数据传输的方向。0表示主设备向从设备(write)写数据1表示主设备向从设备(read)读数据。例如某个IIC芯片的设备地址为0xA0当主机发送0xA0时表示要向该设备写入数据当主机发送0xA1时表示要从该设备读取数据。
使用IIC具体收发过程
写发数据操作 开始信号发送 I2C 设备地址每个 I2C 器件都有一个设备地址通过发送具体的设备地址来决定访问哪个 I2C 器件。这是一个 8 位的数据其中高 7 位是设备地址最后 1 位是读写位为1 的话表示这是一个读操作为 0 的话表示这是一个写操作I2C 器件地址后面跟着一个读写位为 0 表示写操作为 1 表示读操作从机发送的 ACK 应答信号重新发送开始信号发送要写写入数据的寄存器地址从机发送的 ACK 应答信号发送要写入寄存器的数据从机发送的 ACK 应答信号停止信号
读收数据操作分为 4 大步
第一步是发送设备地址
第二步是发送要读取的寄存器地址
第三步重新发送设备地址
最后一步就是 I2C 从器件输出要读取的寄存器值 主机发送起始信号主机发送要读取的 I2C 从设备地址读写控制位因为是向 I2C 从设备发送数据因此是写信号从机发送的 ACK 应答信号重新发送 START 信号主机发送要读取的寄存器地址从机发送的 ACK 应答信号重新发送 START 信号重新发送要读取的 I2C 从设备地址读写控制位这里是读信号表示接下来是从 I2C 从设备里面读取数据从机发送的 ACK 应答信号从 I2C 器件里面读取到的数据主机发出 NO ACK 信号表示读取完成不需要从机再发送 ACK 信号了主机发出 STOP 信号停止 I2C 通信。
