声明：文中截图来源于B站 爱上半导体 UP主发布的视频。
1 UART通信
UART通信协议：通用异步收发器，是最基础的串口协议，通常指TTL电平的串口
电平标准：逻辑1 = 3.3V/5V，逻辑0 = 0V
需要约定：波特率、数据位、停止位、校验位
典型应用：单片机与模块通信（如GPS、蓝牙模块）
帧格式如下：
起始位+数据位+停止位，其中起始位1 位，数据位可以是5/6/7/8位，停止位可以是1、2位。
起始位为低电平；停止位为高电平
常见波特率标准值：
1.1 RS232
早期PC标准串口（COM口）
电平标准：逻辑1 = -3V ~ -15V，逻辑0 = +3V ~ +15V，由于高低电平的区间范围比较宽，所以抗干扰能力比较强
传输距离：约15米
典型应用：老式鼠标、调制解调器、工业设备调试
RS232只需要3根线，是全双工通信模式。
在原来普通串口通信的基础上加一个RS232的电平转换芯片就可以实现RS232通信。
1.2 RS485
差分信号传输，抗干扰能力极强
支持总线型组网（一主多从，最多32/128个设备）
RS-485传输距离：可达1200米
典型应用：工业自动化、楼宇自控、智能电表组网
2 I2C通信
I2C通信协议：Inter-Integrated Circuit 内部集成电路，I2C 是由 Philips（现 NXP）于 1982 年开发的同步、半双工、多主从串行通信总线。它只需要 2 根线 即可实现多设备通信，广泛应用于传感器、EEPROM、OLED 显示屏、RTC 等芯片的连接。
寻址方式：每个从设备有唯一的 7 位或 10 位地址
电平标准：开漏输出 + 上拉电阻（通常为 3.3V 或 5V）
传输速率：标准模式 100 kbps，快速模式 400 kbps，高速模式可达 3.4 Mbps
最大节点数：7 位地址最多 127 个设备（保留地址除外）
物理连接拓扑 ：
帧格式 ：
起始信号(S)\] \[从机地址(7/10bit) + 读写位(1bit)\] \[ACK\] \[数据字节1\] \[ACK\] ... \[数据字节N\] \[ACK/NACK\] \[停止信号(P )
起始信号：时钟高电平，数据下降沿
停止信号：时钟高电平，数据上升沿
读写位：0 - 写 1 - 读
应答信号：0 - 收到 1 - 没有收到或者主机接收完成
I2C读写24C02 存储芯片 ：
3 SPI通信
SPI(Serial Peripheral Interface)通信协议：SPI 是由 Motorola 于 1980 年代开发的同步、全双工、高速串行通信总线。它是嵌入式系统中使用最广泛的短距离通信协议之一，以速度快、协议简单、全双工著称，常用于 Flash 存储器、SD 卡、显示屏、ADC/DAC 等高速设备。
核心特点 ：
线数：4 根线（标准模式），可扩展
同步/异步：同步通信（带独立时钟线）
双工方式：全双工（同时收发）
拓扑结构：一主多从（星型拓扑）
寻址方式：硬件片选（CS 线），无软件地址
电平标准：推挽输出（CMOS/TTL 电平）
传输速率：通常 1~50+ Mbps，理论上可达上百 Mbps
数据位序：可配置 MSB First 或 LSB First
时钟极性/相位：4 种模式（CPOL/CPHA 组合）
四根信号线定义 ：
片选信号线：一般低电平有效，不过也有高电平有效的案例，取决于从机的芯片设计。
物理连接拓扑 ：
时序图 ：
与I2C、UART的对比 ：
4 I2S通信
I2S 是由 Philips（现 NXP）于 1986 年开发的同步、串行、点对点数字音频接口标准。它专门用于在集成电路之间传输数字音频数据，是嵌入式音频系统中最常用的接口之一，广泛应用于 DAC、ADC、音频编解码器（Codec）、DSP 等设备。
⚠️ 注意区分：I2S（音频） vs I2C（通用总线），两者完全不同！
核心特点 ：
线数 3；根线（标准模式），可扩展
同步/异步：同步通信（带独立时钟）
双工方式：全双工（可独立收发）
拓扑结构：点对点（一主一从或一主多从）
数据格式：串行传输PCM 音频数据
位深度：支持 16/20/24/32 bit
采样率：常见 8kHz ~ 192kHz，最高可达 768kHz
传输速率：计算公式：采样率 × 位深度 × 通道数
三根信号线定义 ：
5 CAN通信
CAN（Controller Area Network）通信协议：CAN 是由 Bosch 于 1986 年开发的异步、串行、多主总线通信协议，最初专为汽车电子设计，现广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。CAN 以其高可靠性、实时性和抗干扰能力著称，是现场总线中最成功的标准之一。
核心特点 ：
线数：2 根线（CAN_H + CAN_L，差分传输）
同步/异步：异步通信（无时钟线，靠位填充同步）
双工方式：半双工（总线型，同一时刻只能一帧数据）
拓扑结构：多主总线型（所有节点平等）
寻址方式：内容寻址（标识符 ID，非设备地址）
电平标准：差分信号（CAN_H - CAN_L），抗干扰极强
传输速率：最高 1 Mbps（ISO 11898），CAN FD 可达 8 Mbps
最大节点数：理论 110 个（受收发器驱动能力限制）
传输距离：40m @ 1 Mbps ~ 10km @ 5 kbps（速率越低距离越远）
错误处理：内置 CRC 校验、ACK 应答、自动重发、错误隔离
信号线定义 ：
物理电平标准 ：
总线仲裁机制 ：
标识符 ID 越小，优先级越高。
物理拓扑链接 ：
标准帧格式 ：
标识符(识别码)长度： 标准帧 - 11位 扩展帧 - 29位
数据长度：0 ~ 8 字节
CAN FD（Flexible Data-rate）：
CAN FD 是 Bosch 2012 年发布的 CAN 升级版，兼容传统 CAN。
CAN 协议分层 ：
节点数量限制 ：
6 USB通信
USB（Universal Serial Bus）通信协议：USB 是由 Intel、Microsoft、IBM 等公司于 1994 年联合推出的串行总线标准，旨在统一 PC 外设接口。经过 30 余年发展，USB 已成为全球使用最广泛的接口标准，连接数十亿台设备，涵盖从键盘鼠标到高速存储、视频传输、供电等几乎所有场景。
核心特点 ：
线数：2 根数据线 + 2 根电源线（共 4 根，USB-C 更多）
同步/异步：同步传输（主机提供时钟）
双工方式：半双工（差分对双向传输）
拓扑结构：星型树状拓扑（通过 Hub 扩展）
主从架构：一主多从（Host 控制所有通信）
即插即用：热插拔、自动枚举、驱动自动加载
供电能力：USB 2.0: 500mA / USB 3.0: 900mA / USB-C PD: 100W+
传输速率：1.5 Mbps ~ 80 Gbps（USB4 v2）
最大设备数：127 个（含 Hub）
线缆长度：5m（USB 2.0）/ 3m（USB 3.0）/ 0.8m（USB4）
USB 版本演进 ：
物理接口类型 ：
传统接口：
USB-C（Type-C） ：
信号线定义 :
通信架构分层模型 ：
拓扑结构 ：
传输类型 ：
数据包种类 ：
握手包、令牌包、数据包。