通信接口与通信协议

通信接口与通信协议
APC by Schneider Electric – Name – Date
并行通信与串行通信
● Parallel bus, ISA,PCI,AXI
● SPI ● IIC
● RS232 ● RS485/RS422 ● CAN ● USB ● Network ● MODBUS ● JTAG
SPI 总线概述
● Serial Peripheral Interface 串行外围设备接口，是Motorola公司推出的一 种同步串行接口技术。
● SPI 主要应用在 EEPROM, Flash, 实时时钟(RTC), 数模转换器(ADC), 数 字信号处理器(DSP) 以及数字信号解码器之间. 它在芯片中只占用四根管 脚 (Pin) 用来控制以及数据传输, 节约了芯片的 pin 数目, 同时为 PCB 在 布局上节省了空间. 正是出于这种简单易用的特性, 现在越来越多的芯片 上都集成了 SPI技术.
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Communication terms
● 数据方向 表示待传输的数据在通信主体间的移动方向。可以用接收/发送来表示。 ● 单工，全双工，半双工 数据只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双 工；信息能够同时双向传送则称为全双工。。 ● 地址 表示待传输数据的来源或目的地。也可理解为通信主体在总线上的ID。
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IIC总线连接方式
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IIC总线接口电平
● SDA和SCL在空闲状态都是高电平。所有设备的SDA和SCL线与连接。 ● SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换表示起始条件。 ● 当SCL 是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换表示停止条件。 ● 正常通信时，SDA在SCL为高时保持稳定，当SCL为低时数据变化。
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RS-422
● 由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故 允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主 设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以 RS-422支持点对多的全双工通信。
RS-422
● 在RS-232的基础上，为了增强驱动能力和抗干扰能力，产生了RS-422。 RS-422有两对差分信号传输线，一对发送，一对接收。 ● RS-422的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑 “0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。 ● RS-422最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速 率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通 信距离。
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RS-485
● RS-485的电气特性和RS-422一样。 ● RS-485，在RS-422后推出，绝大部分继承了422，主要的差别是RS485可以是半双工的，而且一个驱动器的驱动能力至少可以驱动32个接收 器（即接收器为1/32单位负载），当使用阻抗更高的接收器时可以驱动 更多的接收器。所以现在大多数全双工485驱动/接收器对都是标： RS422/485的，因为全双工RS485的驱动/接收器对一定可以用在RS422 网络。 ● RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达 到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。 ● RS-485组成半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。 ● RS-485网络中只能有一个主设备，其余为从设备。
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IIC总线概述
● I2C总线是Philips公司开发的一种二线串行总线，可以使嵌入式系统中 的外部设备和CPU 以及外设之间进行进行通信。 ● SDA:串行数据总线 (Serial DAta) ● SCL:串行时钟信号（Serial CLock） ● 支持多主通信，是多主机总线。 ● 技术指标： 传输速率：100kbps 3.4Mbps 寻址位数：7位 10位
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RS-485 总线网络
● RS485网络拓扑采用终端匹配的总线结构。构建时需注意： 1.采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点 的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响 最低。 2.应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。 3.终端负载电阻问题，需在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻，阻值 一般为120Ω，因为一般双绞线的特性阻抗为100~120 Ω.
处理器
enable
存储器
addr<0:11> data<0:7>
r/w enable
（从设备）
add r data
fsetup fread fsetup fwrite
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ISA 总线
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● 采用主-从模式(Master-Slave) 控制方式，SS信号进行对从设备的片选。 ● 采用同步方式(Synchronous)传输数据，主设备提供SCLK信号给从设备 。
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SPI总线连接
● SPI连接方式
● SPI有4种工作方式，由CPOL和CPHL两位来决定。当CPOL为0时，CLK 的空闲状态为低电平。当CPOL为1时，CLK的空闲状态为高电平。当 CPHL为0时，在CLK的第1个跳变沿数据被采样。当CPHL为1时，在 CLK的第2个跳变沿数据被采样。
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IIC总线时序图
● IIC总线有很多工作模式，下面是最简单的一个模式的数据传输时序。
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串行同步通信协议
● 面向比特的同步协议。
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通信接口与通信协议
Bob Bi
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OSI: Open System Interconnection
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● 在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求。 因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟 极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数 据是在时钟的下降沿还是上升沿输出数据。但要注意的是由于主设 备的SDO连接从设备的SDI从设备的SDO连接主设备的SDI从设备 SDI接收的数据是主设备的SDO发送过来的主设备SDI接收的数据是从 设备SDO发送过来的所以主设备这边SPI时钟极性的配置即SDO的 配置跟从设备的SDI接收数据的极性是相反的跟从设备SDO发送数 据的极性是相同的。
● 同步通信，异步通信 同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的 比特流。异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送 完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
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并行通信
int r/w
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RS-232C连接
● 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、 7条备用和未定义线，常用的只有9根。一般用3根。
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串行异步通信协议
● 起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总 是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。 ● 每一个字符的前面都有一位起始位，为低电平，字符本身有5-7位数据位 组成，接着字符后面是一位校验位，也可以没有校验位。最后是一位， 或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规 定为高电平，这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。
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SPI时序图：CPHL=1
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SPI时序图：CPHL=0
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SPI时钟配置
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CAN bus
● 控制器局域网CAN（Controller Area Network），最初是由德国 Bosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。 ● 1991年9月，Philips制定并发布CAN技术规范：CAN 2.0 A/B。1993 年11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准 ISO11898。
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