常見通信協(xié)議

• 通信協(xié)議介紹
• • 1、串口通信
  • 2、IIC通信
  • 3、SPI通信
• 總結(jié)

通信協(xié)議介紹

在做各種課題設(shè)計(jì)時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用到的就是使用“**通信”進(jìn)行傳輸。最開始一直是處于一臉懵的狀態(tài)。編寫程序時(shí)候百思不得其解，怎么編寫這個(gè)通信協(xié)議？
后來花了很長時(shí)間去弄清楚了這些概念，結(jié)果在做設(shè)計(jì)時(shí)候一問組員都是一臉懵，根本不清楚通信協(xié)議是用來干什么的。所以自己整理了一遍思路，也方便自己加深理解。

在硬件上，我們經(jīng)常需要多個(gè)設(shè)備之間相互進(jìn)行通信。這些設(shè)備之間的相互通訊，一定都是按照一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)摹Q句話說，也就是規(guī)定了兩個(gè)設(shè)備之間的傳輸是怎么開始的，怎么結(jié)束的，哪些是通信的內(nèi)容，怎么檢驗(yàn)通信過程是否出錯(cuò)等等問題。
具體的通信協(xié)議都是通過對應(yīng)的編程語言寫入對應(yīng)的硬件設(shè)備中，就像往兩個(gè)設(shè)備中放了兩個(gè)守門員，對于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行把關(guān)，從而建立通信進(jìn)行傳輸。
這里介紹幾個(gè)硬件上常用的通信協(xié)議：

• IIC通信
• 串口通信
• SPI通信

1、串口通信

串口是計(jì)算機(jī)設(shè)備，多種儀器設(shè)備等上常用的協(xié)議。

在并行通信中，一個(gè)字節(jié)(8位)數(shù)據(jù)是在8條并行傳輸線上同時(shí)由源傳到目的地。因此這樣的傳輸方式傳輸速度更快，傳輸效率高，但是占用資源也多。
而在串行通信方式中，數(shù)據(jù)是在單條1位寬的傳輸線上一位接一位地順序傳送。這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要分8次由低位到高位按順序一位位地傳送。這樣的傳輸方式雖然成本低但是傳輸速度慢。

（從其他地方down的圖）

在串行通信中，又分為幾種不同的傳輸方式：
單工、半雙工、全雙工
單工意味著信息只能單向傳遞，而半雙工則是信息可以雙向傳輸?shù)遣荒芡瑫r(shí)雙向傳輸，全雙工指的是信息可以同時(shí)雙向傳輸。
在時(shí)序上，串行通信又分為兩種方式：同步通訊、異步通訊

下面介紹具體的通信過程：（以單工為例）
在兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互通信時(shí)，以一幀數(shù)據(jù)為單位進(jìn)行傳輸。而一幀數(shù)據(jù)中包含起始位、數(shù)據(jù)位、校檢位、停止位組成。
其中，校檢位分為奇校檢和偶校檢：

• 奇校驗(yàn)
  將最高位作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，所謂奇校驗(yàn)，就是保證一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)必須是奇數(shù)，若不為奇數(shù)，則在最高位添1.，保證1的總是為奇數(shù)
• 偶校驗(yàn)
  若一個(gè)字節(jié)中的1不為偶數(shù)，則在最高位添1，保證1的總數(shù)為偶數(shù)

校檢位不是必須有的，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)定。

開始傳輸時(shí)，傳輸線拉低作為起始位，拉低一個(gè)單位時(shí)間后就開始傳輸數(shù)據(jù)。一般的數(shù)據(jù)位為八位，待數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，進(jìn)行校檢位傳輸并進(jìn)行驗(yàn)證。接著接收高電平停止位（停止位都是1），根據(jù)設(shè)定的停止位持續(xù)時(shí)長進(jìn)行判定，比如設(shè)定停止位為保持高電平1.5個(gè)時(shí)間單位。
每幀數(shù)據(jù)之間相隔若干個(gè)不定時(shí)間長度，空閑時(shí)間傳輸線一直保持高電平狀態(tài)。

2、IIC通信

IIC通信一般用于主從通信，即由主控制器發(fā)起，從設(shè)備進(jìn)行響應(yīng)的通信過程。該通信方式可以通過總線連接多個(gè)分立設(shè)備，通過唯一的地址與主機(jī)進(jìn)行通信。
IIC通信共用到了兩根線，一根是SDA數(shù)據(jù)線，另一根是SCL時(shí)鐘線。在SDA數(shù)據(jù)線上，只負(fù)責(zé)傳輸來往的數(shù)據(jù)信息，至于對傳輸過程的控制，由SCL時(shí)鐘線進(jìn)行控制。

具體的通信過程：
時(shí)鐘線SCL在空閑時(shí)間為高電平，SDA數(shù)據(jù)線為高電平。
開始通信：
需要開始通信時(shí)，在SCL為高電平期間，若SDA從高電平跳變到了低電平，則意味著通信開始，此時(shí)時(shí)鐘線SCL開始進(jìn)行傳輸控制，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)傳輸依據(jù)SCL時(shí)鐘進(jìn)行傳輸。
結(jié)束通信：
結(jié)束通信時(shí)，將SCL時(shí)鐘線再次拉高，在SCL保持高電平的狀態(tài)下，若SDA從低電平跳變?yōu)楦唠娖?#xff0c;則通信結(jié)束。此時(shí)SCL恢復(fù)為低電平狀態(tài)。

前面說了IIC通信主要用于主從通信，即開始通信和結(jié)束通信都是由主控制器發(fā)起，從設(shè)備接收到信息后進(jìn)行應(yīng)答。
IIC通信中由于是單個(gè)總線進(jìn)行通信，連接總線的可能有多個(gè)從設(shè)備，所以通信內(nèi)容必須包含唯一明確的通信地址才可以保證通信的順利進(jìn)行。
因此，在起始信號發(fā)起后，接著就是七位的從設(shè)備地址，第八位則規(guī)定了通信方向。即“1”代表主機(jī)接收數(shù)據(jù)，從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，而“0”代表主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，從設(shè)備接收數(shù)據(jù)。
每次傳輸數(shù)據(jù)位完成后，從設(shè)備需要產(chǎn)生應(yīng)答信息，即從設(shè)備的SDA線產(chǎn)生一個(gè)單位時(shí)間的低電平表示應(yīng)答，而高電平則表示非應(yīng)答。

3、SPI通信

SPI通信也分為主從模式，不同的是SPI一共有四根線。其中兩根數(shù)據(jù)線MOSI以及MISO，一根時(shí)鐘線SCK,一根片選CS線。
兩個(gè)數(shù)據(jù)線分別為主機(jī)接收（MISO）、主機(jī)發(fā)送（MOSI）兩路數(shù)據(jù)。
SPI通信也存在著一個(gè)主機(jī)，多個(gè)從設(shè)備相互通信的情況，所以在主機(jī)與指定的從設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，需要對從設(shè)備進(jìn)行選定。片選CS即是為了選定某一個(gè)從設(shè)備，從而讓主機(jī)單獨(dú)的與該從設(shè)備進(jìn)行通信。
時(shí)鐘線SCK依然像其他的時(shí)鐘一樣，做傳輸控制。

當(dāng)開始進(jìn)行通信時(shí)，先選定與主機(jī)進(jìn)行通信的從設(shè)備，拉低該設(shè)備的CS線，表示該設(shè)備與主機(jī)通信。

有一點(diǎn)需要注意的是，在SPI通信中，沒有特定的讀寫操作。主從設(shè)備進(jìn)行的是數(shù)據(jù)交換，主機(jī)發(fā)送出數(shù)據(jù)就必然會(huì)接收到數(shù)據(jù)，主機(jī)想要接受到數(shù)據(jù)就必須向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

主機(jī)與從機(jī)中都有一個(gè)移位寄存器，主機(jī)向它的寄存器寫入一個(gè)字節(jié)來發(fā)起一次傳輸。寄存器通過 MOSI 數(shù)據(jù)線將信號傳送給從機(jī)，從機(jī)也將自己寄存器中的內(nèi)容通過 MISO 信號線返回給主機(jī)。這樣，兩個(gè)主從設(shè)備間就完成了一次信息傳輸，讀寫操作是同步完成的。
SPI有四種傳輸模式，通過CPOL（時(shí)鐘極性）和CPHA（時(shí)鐘相位）來控制。
CPOL時(shí)鐘極性：用來設(shè)定SCLK的電平狀態(tài)為有效
CPHA時(shí)鐘相位：用來設(shè)定數(shù)據(jù)采樣在SCL哪個(gè)跳變
則根據(jù)兩個(gè)控制信息產(chǎn)生出四種傳輸模式：

• Mode0：CPOL=0，CPHA=0
• Mode1：CPOL=0，CPHA=1
• Mode2：CPOL=1，CPHA=0
• Mode3：CPOL=1，CPHA=1

Mode0：SCK處于低電平為空閑態(tài)，數(shù)據(jù)采樣在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在下降沿。
Mode1：SCK處于低電平為空閑態(tài)，數(shù)據(jù)采樣在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在上升沿。
Mode2：SCK處于高電平為空閑態(tài)，數(shù)據(jù)采樣在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在下降沿。
Mode3：SCK處于高電平為空閑態(tài)，數(shù)據(jù)采樣在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在上升沿。
在通信過程中，通信雙方必須工作在同一種模式下，而且SPI通信沒有了IIC通信中從機(jī)應(yīng)答的環(huán)節(jié)，比IIC通信要簡單。

總結(jié)

上面寫的三種通信協(xié)議都是大體介紹了概念，能弄清楚各種通信協(xié)議的具體方式和過程就好，至于具體通信時(shí)的各種細(xì)節(jié)，就需要在編寫程序時(shí)認(rèn)真的思考每一個(gè)變量，每一個(gè)時(shí)鐘的作用，認(rèn)真分析時(shí)序。
本文中引用的圖也是從其他帖子上down下來的，這里我分別找了三種通信協(xié)議的具體詳細(xì)說明：
1、SPI通信
2、IIC通信
3、串口通信

【注】個(gè)人學(xué)習(xí)筆記，請不吝賜教！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常见的硬件数据通信协议的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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