前言
这是通信接口系列文章的第一篇，我会整理一些常用通信接口方面的相关知识，进行梳理，并将这些知识结构化、体系化，以便能更全面深入的掌握。
常见通信接口列表
- 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统
- 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发
| 名称 | 引脚 | 双工 | 时钟 | 电平 | 设备 |
|---|---|---|---|---|---|
| USART | TX、RX | 全双工 | 异步 | 单端 | 点对点 |
| I2C | SCL、SDA | 半双工 | 同步 | 单端 | 多设备 |
| SPI | SCLK、MOSI、MISO、CS | 全双工 | 同步 | 单端 | 多设备 |
| CAN | CAN_H、CAN_L | 半双工 | 异步 | 差分 | 多设备 |
| USB | DP、DM | 半双工 | 异步 | 差分 | 点对点 |
双工：同时有输出与输入数据线的就是全双工
时钟：
同步 - 具有时钟线，通信双方按照这个时钟频率进行同步；
异步 - 双方约定采用一个采样频率，并且通过协议制定约束，如数据格式，帧头、帧尾，进行采样位置的对齐；
电平特性：
单端：共地，需要接一个GND引脚；
差分：靠两个差分引脚的电压差来传输信号，通讯时可以不需要GND，但不绝对，USB有的时候还是需要GND。使用差分信号可以极大地提高抗干扰特性，所以差分信号一般传输速度和距离都会非常高。
串口通信（Serial Communication）
- 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信
- 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力
USB转串口TTL CH340
蓝牙串口模块 HC-05
硬件电路
- 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）
- TX与RX要交叉连接
- 当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线 （单工）
- 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片
常见串口接线图
VCC 如果通信双方都具备独立供电可以不接 TX TX GND 三根线必须连，GND也算是一根通信线
电平标准
电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：
- TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0
- RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号，抗干扰，长距离）
- RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0 （大型机器上使用）
串口参数及时序
串口协议规定
- 波特率：串口通信的速率
- 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
- 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
- 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来（奇偶校验仅进行有限校验，大学时这个问题特意问过老师）
- 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平
无奇偶校验位10位数据时序图
有奇偶校验位11位数据时序图
串口通信小结
一句话概括： TX引脚定时输出翻转的高低电平，RX引脚定时读取翻转的高低电平，每个字节的数据加上起始位、停止位、可选的校验位，打包成数据帧，依次输出在TX引脚，另一端RX引脚依次接收，这样就完成了字节数据的传递。
这就是串口通信。
USART
简介
- USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器
- USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里
- 自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s
- 可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）
- 可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）
- 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN
USART基本结构
USART框图
USART基本结构
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