单片机中的四种通信总线:UART、I2C、SPI、CAN

1. UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

特点:
  • 通信方式:异步串行通信
  • 连接线数:两条(TX传输线,RX接收线)
  • 时钟信号:不需要,双方通过预设波特率同步
  • 全/半双工:全双工(可以同时发送和接收数据)
  • 应用场景:短距离、低速率数据传输
  • 优点:简单易用,硬件资源占用少
  • 缺点:传输速率较低,实时性较差
例子:
  • 通俗例子:像是对讲机,两个人通过预定好的频率互相对话。
  • 实际应用:电脑通过USB连接Arduino进行数据传输。

2. I2C(Inter-Integrated Circuit)

特点:
  • 通信方式:同步串行通信
  • 连接线数:两条(SDA数据线,SCL时钟线)
  • 多设备支持:支持多主多从通信,每个设备有唯一地址
  • 时钟信号:主设备生成时钟信号
  • 全/半双工:半双工(同一时间只能一个方向传输数据)
  • 应用场景:连接多个低速外围设备
  • 优点:引脚少,支持多个设备,电路简单,易扩展
  • 缺点:传输速率较低(最大400kHz),抗干扰能力较弱
例子:
  • 通俗例子:像一个老师(主设备)和多个学生(从设备),老师提问,指定学生回答。
  • 实际应用:智能手表中的传感器和主控制器之间的通信。

3. SPI(Serial Peripheral Interface)

特点:
  • 通信方式:同步串行通信
  • 连接线数:四条(MISO、MOSI、SCK、SS)
  • 多设备支持:通过片选线连接多个从设备,但同时只能一个从设备通信
  • 时钟信号:主设备生成时钟信号
  • 全/半双工:全双工(可以同时发送和接收数据)
  • 应用场景:高速数据传输
  • 优点:传输速率高(可达几十MHz),实时性好,全双工通信
  • 缺点:需要更多引脚,每增加一个从设备需要增加片选线,电路复杂度增加
例子:
  • 通俗例子:像一个主持人(主设备)和多个嘉宾(从设备),主持人控制时钟,按顺序与嘉宾对话。
  • 实际应用:数码相机中的SD卡和主控制器之间的数据传输。

4. CAN(Controller Area Network)

特点:
  • 通信方式:多主通信协议
  • 连接线数:两条(CAN_H,CAN_L)
  • 多设备支持:支持多个节点的实时数据交换和错误处理
  • 时钟信号:无需独立时钟信号,内置同步机制
  • 全/半双工:半双工(同一时间只能一个方向传输数据)
  • 应用场景:高可靠性和实时性需求的场合
  • 优点:抗干扰能力强,支持多节点通信,可靠性高
  • 缺点:硬件实现复杂,成本较高
例子:
  • 通俗例子:像一个大型会议,每个人(设备)都有机会发言,其他人都能听到,按照优先级发言。
  • 实际应用:汽车中的电子控制单元(ECU)之间的通信。
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