STM32经验分享第14章关于通信

STMCU小助手 · 2022-08-30T10:56:17+00:00

14.1 串行/并行通信- z6 N# k0 O1 R& Q 按照数据传输的方式，通信可以分为串行通信和并行通信。串行通信简单的说就是数据依次传输，比如要传输0x11111111，一位一位的发送，需要发送8次。并行通信则是几个数据一起传输，同样是0x11111111，如果8位一起发送，只需要发送1次，如图 14.1.1 所示。- U- W1 w! u. u m, Y & G8 l+ I) m& w9 D% {; \/ h / {/ |& |% i) u% z1 w' F0 ~ 5 c. X% O$ h1 r; i$ K% @图 14.1.1 串行/并行传输示意图 4 U! N% P' J7 ]% H K8 k5 w6 C6 ?; _! D8 E 9 ~1 E0 I. ~4 v+ d 由此可见，串行传输占用的通信线更少，成本低，通信速度相对较慢；并行传输占用的通信线多，成本高，通信速度相对更快。但随着对传输速度要求越来越高，并行传输开始出现信号之间的干扰，串行通信受干扰影响较小，之后又发展出差分传输等技术，极大的提高了串行传输速率，使得串行通信速度可能比并行通信速度更快。* }. ?5 w- ?' b: s6 W+ T( s W; f4 L5 g8 i串行通信就像单车道，行驶的车辆需要依次行驶。并行通信就像多车道，同时多辆汽车并排行驶。但当车速很快的时候，多车道上并列行驶的汽车之间会形成“气流”相互干扰，单车道则受影响较小，速度能够进一步提升。8 }4 V6 x& I V) ^! k, C5 I ! _, N. Y1 ~/ j. ?+ U" ` 7 T5 S0 n- P- d8 G- g6 N# f* _9 ^7 W14.2 全双工/半双工/单工传输, u/ [- c9 Z' t: [& H; ^ 按照数据传输的方向，通信可以分为全双工、半双工和单工。全双工指双方都可以同时收发信息；半双工双方都可以收发信息，但同一时刻只能一方发送信息；单工指只能一方发信息，一方接受信息，通信是单向的。4 s# j9 O2 Q5 t/ C5 j$ K8 H8 Y, N 9 q9 s `, h. j2 r: b全双工就像电话通信，双方任意时刻都可以同时收发信息；半双工就像对讲机通信，双向都可得到信息，但是同一时刻只能是一方发射另一方接收，发射和接收不能同时进行；单工就像收音机，只能由广播站发送给收音机，单向不可逆的，如图 14.2.1 所示。2 S$ P/ Z( F5 f: V5 [ / c3 [" d& w- P1 p, ]( a- w$ F O) ~2 D( e$ \ 1 \3 I4 \9 U! E+ O) u3 U+ o& V图 14.2.1 全双工/半双工/单工示意图* G% a% Z, T3 B( W. A6 ` / p, \* b$ W& Z" |0 F8 _6 U/ N" v% \+ e& L! G 14.3 同步/异步通信 5 O' j4 E7 m4 F. `' B Z0 A按数据同步的方式，通信可以分为同步通信和异步通信。数据在双方之间传输时，需要制定规则保证数据传输的准确。同步通信的做法是加一个时钟信号，发送方和接收方在这个时钟的节拍下传输数据，比如常见的SPI、I2C。而异步通信的做法是对数据进行封装，在数据开头加上起始信号，在数据结尾加上终止信号，双方就按这个规则传输数据，比如UART、1-Wire。2 t2 j) o+ y) A 8 c2 p% l2 n1 ]# }# f因此，可以通过是否有时钟信号，初步判断是何种数据同步方式。 : Q( v$ k6 u$ X5 K9 s# T N I! }8 Q4 i% W 2 K4 s! z. ]/ ~2 P( p" z ( m6 i( A. n+ i9 C. L14.4 通信速率! S* ^4 W4 r% } f 对于同步通信，通信速率由时钟信号决定，时钟信号越快，传输速度就越快。 & m% f* O5 p' d9 h) U" L! | , m, k& h. l1 c* Q6 S* |对于异步通信，需要收发双方提前统一通信速率，这也就是我们串口调试时，波特率不对显示乱码的原因。, [4 j& Y8 C* N T ( Q) p& H& j2 Y' _4 o' ?5 U时钟对通信的重要性，这里再举个例子：假设发送端时钟频率为1Mhz，对应时钟周期则为1us, 接收端时钟频率为10Mhz，对应时钟周期则为0.1us。现在发送端发送一个数据0x1，就会产生一个持续时间为1us高电平，接收端接收到这个1us的高电平时，会当作是10个0.1us的高电平，认为收到了10个0x1。这时双方数据就乱套了，因此需要一个统一的时钟标准。 * A* l: G0 d( a7 N. F 8 O' X9 o/ l+ `$ W通常使用比特率来描述通信速率的快慢，与之容易混淆的是波特率。 y4 h+ \' B6 V' t0 S7 V : `5 X1 t: Z [7 M比特率（Bitrate）：系统在单位时间内传输的比特位（二进制0或1）个数，通常用Rb表示，单位是比特/秒（bit/s），缩写为bps；! k m3 l: `4 |$ O6 f+ c9 G ' z3 p* s7 j: t5 c v/ ? 波特率（Baudrate）：系统在单位时间内传输的码元个数，通常用RB表示，单位是波特（Bd）； 8 ?) M7 q+ B" [! [& I$ ~, j ; c6 i" P# m7 V8 W# ?100bit/s即是一秒钟传输100个0或1，100Bd即是一秒钟传输100个码元。& h3 u7 w+ i2 L: T$ ^ w( U# c , Q: p( A% b6 d" \ 码元就是“承载信息量的基本信号单位”，以一条电线上传输的信号为例，码元就是电线上的电平值。 & ?3 `5 @6 r# n- H0 h4 c 7 }1 ^* [3 z6 v8 M; h T' E如果电线上电平只有0和3.3V两种选择，传输的信号是这2种电平之一，码元的状态只有2种。接收方可以把0V认为是二进制的0，把3.3V认为是二进制1。即：传输1个码元时，能用来表示1位数据。 ' f% ?& s* m* X& d& H* k; z& Y* T+ k& o' }& Z 如果电线上电平有0V、3.3V、5V、12V四种选择，传输的信号是这4种电平之一，码元的状态有4种。接收方可以把这4个电平认为是二级制的4个值：00、01、10、11。即：传输1个码元时，能用来表示2位数据。2 w0 Y& x; N- L* k- j- d# H( ? " F7 ~, E9 ^; z% D$ ^ 因此码元状态为2时，比特率等于波特率，码元状态越多，每次传输的码元能携带的信息越多，自然速率也越高。0 h4 G; c. p0 e - Y. f7 d% h5 @$ t/ j6 a码元有N个状态时，比特率与波特率的关系式：, Z% ~' ]: ]7 _* h/ W9 k 7 K% L5 a, U4 z. z6 @2 g 6 c# m/ U, H* }4 g+ j ) L4 C- Q- |3 O5 D0 I0 } ) W0 |2 y) o8 ?" g6 B- b ! w9 L8 Q& Y: X! K5 }* ]14.5 常见通信协议" H0 [3 Y/ [- }/ L4 r- L 在嵌入式中，有众多通信协议，往往从性能、成本、稳定性、易用性等角度考虑选择合适的协议。常见的通信协议如表 14.5.1 所示。 & ]7 i' p6 M1 z : @/ J2 }6 @- h " S. P N1 C3 E& d4 x7 z% y& ?; v 表 14.5.1 常见通信协议列表 - I$ A" t% c% W, D# `& X- o& u 5 ^8 y% L9 i& I* Z2 B- |作者：攻城狮子黄 " R) S* [4 `* y1 {% a 5 z! T9 ?% K( _( B. \3 U i0 T" u1 l! I2 y5 d2 V

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STMCU小助手发布时间：2022-8-30 18:56

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14.1 串行/并行通信
按照数据传输的方式，通信可以分为串行通信和并行通信。串行通信简单的说就是数据依次传输，比如要传输0x11111111，一位一位的发送，需要发送8次。并行通信则是几个数据一起传输，同样是0x11111111，如果8位一起发送，只需要发送1次，如图 14.1.1 所示。

图 14.1.1 串行/并行传输示意图

由此可见，串行传输占用的通信线更少，成本低，通信速度相对较慢；并行传输占用的通信线多，成本高，通信速度相对更快。但随着对传输速度要求越来越高，并行传输开始出现信号之间的干扰，串行通信受干扰影响较小，之后又发展出差分传输等技术，极大的提高了串行传输速率，使得串行通信速度可能比并行通信速度更快。

串行通信就像单车道，行驶的车辆需要依次行驶。并行通信就像多车道，同时多辆汽车并排行驶。但当车速很快的时候，多车道上并列行驶的汽车之间会形成“气流”相互干扰，单车道则受影响较小，速度能够进一步提升。

14.2 全双工/半双工/单工传输
按照数据传输的方向，通信可以分为全双工、半双工和单工。全双工指双方都可以同时收发信息；半双工双方都可以收发信息，但同一时刻只能一方发送信息；单工指只能一方发信息，一方接受信息，通信是单向的。

全双工就像电话通信，双方任意时刻都可以同时收发信息；半双工就像对讲机通信，双向都可得到信息，但是同一时刻只能是一方发射另一方接收，发射和接收不能同时进行；单工就像收音机，只能由广播站发送给收音机，单向不可逆的，如图 14.2.1 所示。

图 14.2.1 全双工/半双工/单工示意图

14.3 同步/异步通信
按数据同步的方式，通信可以分为同步通信和异步通信。数据在双方之间传输时，需要制定规则保证数据传输的准确。同步通信的做法是加一个时钟信号，发送方和接收方在这个时钟的节拍下传输数据，比如常见的SPI、I2C。而异步通信的做法是对数据进行封装，在数据开头加上起始信号，在数据结尾加上终止信号，双方就按这个规则传输数据，比如UART、1-Wire。

因此，可以通过是否有时钟信号，初步判断是何种数据同步方式。

14.4 通信速率
对于同步通信，通信速率由时钟信号决定，时钟信号越快，传输速度就越快。

对于异步通信，需要收发双方提前统一通信速率，这也就是我们串口调试时，波特率不对显示乱码的原因。

时钟对通信的重要性，这里再举个例子：假设发送端时钟频率为1Mhz，对应时钟周期则为1us, 接收端时钟频率为10Mhz，对应时钟周期则为0.1us。现在发送端发送一个数据0x1，就会产生一个持续时间为1us高电平，接收端接收到这个1us的高电平时，会当作是10个0.1us的高电平，认为收到了10个0x1。这时双方数据就乱套了，因此需要一个统一的时钟标准。

通常使用比特率来描述通信速率的快慢，与之容易混淆的是波特率。

比特率（Bitrate）：系统在单位时间内传输的比特位（二进制0或1）个数，通常用Rb表示，单位是比特/秒（bit/s），缩写为bps；

波特率（Baudrate）：系统在单位时间内传输的码元个数，通常用RB表示，单位是波特（Bd）；

100bit/s即是一秒钟传输100个0或1，100Bd即是一秒钟传输100个码元。

码元就是“承载信息量的基本信号单位”，以一条电线上传输的信号为例，码元就是电线上的电平值。

如果电线上电平只有0和3.3V两种选择，传输的信号是这2种电平之一，码元的状态只有2种。接收方可以把0V认为是二进制的0，把3.3V认为是二进制1。即：传输1个码元时，能用来表示1位数据。

如果电线上电平有0V、3.3V、5V、12V四种选择，传输的信号是这4种电平之一，码元的状态有4种。接收方可以把这4个电平认为是二级制的4个值：00、01、10、11。即：传输1个码元时，能用来表示2位数据。

因此码元状态为2时，比特率等于波特率，码元状态越多，每次传输的码元能携带的信息越多，自然速率也越高。

码元有N个状态时，比特率与波特率的关系式：