常用的嵌入式硬件通信接口协议（UART、IIC、SPI、RS-232、RS-485、RS-422、CAN、USB、IRDA）（一）

一、概述

通信协议是两个（或多个）设备之间进行通信，必须要遵循的一种协议。通讯协议分为物理层和协议层。

物理层：规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输；
协议层：规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

二、定义

UART： 通用异步收发传输器。

USART： 通用同步/异步串行接收/发送器。USART可以理解为UART和USRT二合一的通信接口，一个是同步通信，一个是异步通信。

IIC： 集成电路总线，是一种串行通信总线。

SPI： 串行外设接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

QSPI： 是SPI接口的扩展，比SPI应用更加广泛。QSPI是在SPI协议的基础上，对其增加了队列传输机制，传输过程不需要CPU干预，极大的提高了传输效率。

RS-232: 全双工点对点式的异步串行通信协议接口。

RS-485: 串行通信总线，采用两线制，差分传输，半双工模式。

RS-422: 采用四线制，全双工，差分传输，多点通信的数据传输协议。

USB： 通用串行总线。USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。

CAN： 控制器局域网络。 CAN 总线是一种应用广泛的现场总线，在工业测控和工业自动化等领域有很大的应用前景。

IRDA： 是一种利用红外线进行通信的，点对点通信的技术。

三、通信协议

1、UART

（1）基本概念

UART——通用异步收发传输器。UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。
基于UART的数据传输是异步形式的串行数据传输。基于UART的串行数据传输不需要使用时钟信号来同步传输的发送端和接收端，而是依赖于发送设备和接收设备之间预定义的配置。
对于发送设备和接收设备来说，两者的串行通信配置（波特率、单位字的位数、奇偶校验、起始位数与结束位、流量控制）应该设置为完全相同。通过在数据流中插入特定的比特序列，可以指示通信的开始与结束。当发送一个字节数据的时候，需要在比特流的开头加上起始位，并在比特流的末尾加上结束位。数据字节的最低位紧接在起始位之后。
UART 串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要2根传输线就可以实现双向通信，一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
UART 串口通信有几个重要的参数，分别是波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶检验位，对于两个使用UART串口通信的端口，这些参数必须匹配，否则通信出错。

UART通信数据格式：

起始位：表示数据传输的开始，电平逻辑为“0” ，位数为1位。
数据位：可以是5~8位的数据，先发低位，再发高位，一般取值为8，因为一个ASCII 字符值为8位。
奇偶校验位：用于接收方对接收到的数据进行校验，“1”的位数为偶数(偶校验) 或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性，使用时不需要此位也可以。
停止位：表示一帧数据的结束，电平逻辑为“1”，位数可以是1/1.5/2位。
波特率：串口通信时的速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit) 数来表示，其单位为每秒比特数bit/s(bps)。常见的波特率值有4800、9600、115200 等，数值越大数据传输的越快，波特率为115200 表示每秒钟传输115200 位数据。

（2）硬件连接

（3）UART存在的问题

UART只是对信号的时序进行了定义，而未定义接口的电气特性；
UART通信时一般直接使用处理器使用的电平，即TTL电平，但不同的处理器使用的电平存在差异，所以不同的处理器使用UART通信时一般不能直接相连；
UART没有规定不同器件连接时连接器的标准，所以不同器件之间通过UART通信时连接不方便。
UART一般直接使用TTL信号来表示0和1，但TTL信号的抗干扰能力较差，数据在传输过程中很容易出错。
由于TTL信号的抗干扰能力较差，所以其通信距离很短，一般只能用于一个电路板上的两个不同芯片之间的通信。
温馨提示： 下一章节将讲叙I2C通信协议。