通信协议知识—CAN、Modbus、SPI、IIC等-云帆数科

目录目录基础知识：编辑一、spi1、通信介绍：2、设备时钟：3、数据传输4种模式：二、UART1、RS232协议：2、RS485协议：特点：拓扑图：电路图：三、IIC总线1、特点：2、iIC总线寻找方式：3、通信过程：四、CAN协议1、基础知识2、 CAN帧 3、CAN相关的指令4、Linux系统CAN通信开发五、modbus协议1、基础概念常见三种通讯方式：功能码：2、报文格式4、以太网传输（modbus tcp）4.1 Modbus TCP的帧格式：4.2报文举例说明：4.2 Mbs tcp软件开发：5、异步串行传输的两种方式（RTU和ASCII）5.1 RTU帧结构：(不同功能码）5.2 RTU例子基础知识：1、串行和并行：按照每次发送二进制位的个数可以分为并行通信和串行通信，总线上本质传的是电信号。串行通信：数据线只有一根线，数据有八位的话，只能一位一位逐次的传递。并行通信：线在传递数据是可以一次性把数据的多个位一次性传递。总线有八根线，每根线负责传递一位二进制信号。2、单工、双工、半双工：按照数据传输的方向分为单工通信、半双工通信和双工通信。单工：通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的。广播就是一种单工通信的方式，广播站是发送端，听众是接收端。双工：在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。半双工：数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。3、波特率、比特率：波特率-码元速率：单位时间传输的码元的个数，单位是波特Baud。（当码元大小=1，比特率=波特率。当码元大小=2，即：一个码元由2位二进制数表示。那么，传一个码元的时间是传一个比特的时间的2倍。也就是比特率=2*波特率。）比特率-比特速率：单位时间传输的比特的个数，单位是bit/s=bps（bitpersecond）。4、异步和同步：同步通信——要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流；异步通信——不要求接收端和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔在发送下一个字节。同步通信效率高，异步通信效率较低；同步通信较复杂，双方时钟的润许误差较小；异步通信简单，双方始终可允许一定误差；同步通信可用于点对多点，异步通信只适用于点对点。5、TTL电平和差分电压信号：TTL电平（晶体管逻辑电平）即单片机引脚直接提供的电平，+5V等价于逻辑“1”，0 V等价于逻辑“0”；而差分电压信号则为固定的电压值。6、名词解释：串口、COM口：物理接口形式(硬件)，COM口简称是串口。TTL、RS-232和RS-485：电气标准(电信号，电气特性，不涉及接插件、电缆或协议)。TTL标准是低电平为0，高电平为1（+5V电平，一般大于2.4V都可以）。RS-232标准是正电平为0，负电平为1（±15V电平）。RS485一般为A、B及地共3针，逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）：普遍使用的一种高速通信接口，和串口完全是两个概念。（包括物理接口、电平标准和通信时序标准；USB转串口模块，就是USB接口的UART模块）。UART 通用异步收发器： UART不是接口，是实现串口收发的逻辑电路（包括电平标准和通信时序标准），具体实物表现为独立的模块化芯片。一、spi1、通信介绍：SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），全双工、同步、串行的通信方式。使用4根信号线：SCLK（时钟线，主机产生发送给从机）、MOSI（主机发出从机接收线）、MISO（从机发出主机接收线）和CS（从机选通线，低电平选中，一次只能选一个从机）。通信速率高，最高可以达到几百Mbps。优点：无起始位和停止位，因此数据位可以连续传输而不会被中断；没有像I2C这样复杂的从设备寻址系统；数据传输速率比I2C更高（几乎快两倍）；极其灵活的数据传输，不限于8位，它可以是任意大小的字；非常简单的硬件结构。从站不需要唯一地址（与I2C不同）。从机使用主机时钟，不需要精密时钟振荡器/晶振（与UART不同）。不需要收发器（CAN不同）。缺点：使用四根信号线（I2C和UART使用两根信号线）；无法确认是否已成功接收数据（I2C拥有此功能）；没有任何形式的错误检查，如UART中的奇偶校验位；只允许一个主设备；没有硬件从机应答信号（主机可能在不知情的情况下无处发送）；没有定义硬件级别的错误检查协议；与RS-232和CAN总线相比，只能支持非常短的距离；2、设备时钟：时钟速率：主设备必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号，从设备跟随。时钟极性（CKP或CPOL）：指的是时钟脉冲在空闲时刻的状态。CPOL = 0，空闲时刻是低电平；CPOL = 1，空闲时刻是高电平。时钟相位（CKE或CPHA）：指的是采样时刻。CPHA = 0，指在第一个跳变沿接收；CPHA = 1，指第二个跳变沿发送。3、数据传输4种模式：SPI模式CPOLCPHA空闲时SCK时钟采样时刻000低电平第1个边沿（奇）101低电平第2个边沿（偶）210高电平第1个边沿（奇）311高电平第2个边沿（偶）二、UARTUniversal Asynchronous Receiver Transmitter 即通用异步收发器，是异步、串行通信口的总称，可以实现全双工的发送和接收，在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范。编程时参数：波特率帧格式：串口直接使用存在的问题：电气接口不统一：UART只规定了信号时序，而未定义接口的电气特性；UART使用的芯片的TTL电平，但各芯片电平不统一，一般不直接使用。抗干扰能力差；通信距离极短；1、RS232协议： RS232是基于UART封装的电气层的协议，如下图，IBM简化后9条信号线，常用其中的三根线，规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离至15m。RXD：用于接收DCE发来的数据信号，即输入；TXD：用于发送DTE的信号，即输出。公头和母头的RXD和TXD应交叉连接；GND：用于平衡设备双方的地电位，即共地。通信方式：全双工、速率20kbps。缺点：通信速度低；易产生干扰；传输距离短；只能点对点传输。2、RS485协议：特点：RS485是一种工业控制环境中常用的通信接口，是半双工、异步串行通信。采用

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