通信协议SPI、IIC、UART、CAN及编码

1. I²C 总线

I²C 是一种两线制、多主从的同步串行总线。它仅需两根线：数据线 SDA 和时钟线 SCL。

• 注意事项：

  • 上拉电阻：SDA 和 SCL 线必须接上拉电阻（通常 2.2kΩ - 10kΩ）。如果忘记接或电阻值不匹配，总线可能无法工作。

  • 地址冲突：如果挂载了两个地址相同的传感器（例如两个相同型号的 IMU），需要额外的硬件（如 TCA9548A 多路复用器）来切换。

2. SPI 总线

SPI 是一种四线制、全双工 的同步串行总线。它通常由 SCK （时钟）、MOSI （主出从入）、MISO （主入从出）和 CS（片选）组成。

• 注意事项：

  • 引脚占用：如果机器人用了多个 SPI 设备，MCU 的 GPIO 引脚可能会比较紧张。

  • 总线长度：SPI 对走线长度比较敏感，线太长（超过几十厘米）容易受干扰导致数据错误，适合板内通信。

3. 串口

在机器人语境中，串口通常指 UART 或 USART （通用同步/异步收发传输器），这是一种异步的点对点通信协议。只需两根线：TX（发送）和 RX（接收)

• 注意事项：

  • 波特率匹配：通信双方波特率（如 115200）必须一致。

  • 电平标准：MCU 通常是 TTL 电平（3.3V/5V），如果对接 RS232 设备（如某些工业工控机），需要电平转换芯片（如 MAX3232）。

  • 丢帧：在高负载下，如果中断优先级设置不当，串口缓冲区溢出可能导致数据丢失。

4、在一个典型的现代机器人中（例如一个基于 ROS 2 的四足机器人或轮式机器人），通常会这样组合使用：

1. 树莓派/Jetson 作为上位机：负责高算力任务（视觉、SLAM、决策）。

2. STM32/ESP32 作为下位机：负责底层实时控制（电机 PID、传感器采集）。

3. 两者之间 ：通过串口（如波特率 921600 ）连接，传输运动控制指令和里程计数据。

4. 下位机连接外设：

   1. 使用 SPI 连接 SD 卡 （记录日志）和 高精度编码器（获取电机角度）。

   2. 使用 I²C 挂载 IMU 、磁力计 以及多个 ToF 测距传感器。

   3. 使用 串口 连接 GPS 模块以及电机驱动器。

这三种接口各司其职，共同构成了机器人的感知与控制网络。