【STM32】-单片机数据通讯基本概念

1、单片机的数据通讯

在单片机的应用中,经常遇到单片机和上位机、单片机和外围器件之间的数据通信需求。以下是数据通信的一些基础概念。

1.1、数据通信模式

按照数据通信方式分类,可以分为串行通信和并行通信。

  • 串行通信:数据逐位顺序依次传输,优点是传输线少,布线成本低、灵活度高,缺点是传输速率低。常用于近距离人机交互。
  • 并行通信:数据多位可以通过多条线同时传输,优点是传输速率高,缺点是布线成本高、抗干扰能力差。常用于短距离、高速率的通信。

1.2、数据传输方向

按照数据传输的方向 ,通信可分为全双工、半双工和单工通信。

  • 全双工:数据可以同时进行双向传输。
  • 半双工:数据传输可以进行双向传输,但需要分时进行。
  • 单工:数据传输只能沿着一个方向。

1.3、数据同步方式

按照数据同步方式的不同,通信可分为同步通信和异步通信。

  • 同步通信:要求通信双方共用同一时钟信号,保持一致的时序和周期完成信息传输。优点:可以实现高速率、大容量的数据传输,也可以实现点对多的传输。缺点:要求发送时钟和接受时钟保持严格同步,硬件复杂。
  • 异步通讯:无时钟信号,通过在数据信号中添加开始位和停止位来实现同步,需要双方约定同一的传输速率。优点:无时钟信号,硬件简单。缺点:通信速率低,只适用于点对点传输。

1.4、通信速率

在数字通信系统中,通信速率指数据在信道中传输的速度,分为传信率和传码率。

  • 传信率:每秒钟传输的信息量,即每秒钟传输的二进制位数,单位为bit/s,又被称为比特率。
  • 传码率:每秒钟传输的码元个数,单位为Baud(波特每秒),又被称为波特率。
    注:波特率传输的是码元,码元是信号被调制后的概念,每个码元都可以表示一定bit的数据信息。常用的码元编码位数为二进制或十六进制编码。

1.5、通信协议的分层结构

类比计算机网络OSI 模型,单片机通讯协议常包含:

  • 物理层:定义电气特性(电压、阻抗、传输介质等)。
  • 数据链路层:定义数据帧格式,校验方式,时序逻辑等。

1.6、主从模式和对等模式

根据通信中设备是否有主次之分,分为主从模式和对等模式。

  • 主从模式
    • 设备中存在唯一主设备(Master),控制通信时序,从设备(Slave)仅响应主设备指令。如IIC、SPI等。
    • 从设备无法主动发起通信,适合简单拓扑结构。
  • 对等模式
    • 设备无主从之分,任意节点可主动发起通信。如CAN、Modbus RTU等。
    • 适合复杂网络拓扑,如汽车电子、工业控制等领域。

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