串行通信協(xié)議.第1部分：簡(jiǎn)介

在這一系列文章中，我們將研究一些不同類(lèi)型的串行通信協(xié)議，這些協(xié)議可用于在微控制器數據生產(chǎn)和數據處理外圍設備，以及其他智能設備。接下來(lái)的文章將介紹串行通信的一些常用協(xié)議。在本系列文章的最后，我們將總結每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。我們希望這一資源將證明有價(jià)值的下一次你發(fā)現你自己需要實(shí)現一個(gè)串行通信總線(xiàn)，幫助你選擇最好的選擇適合你的特殊情況。

這些天電子產(chǎn)品已成為電子產(chǎn)品市場(chǎng)上最重要的部分. 許多不同的芯片在使用中，它們的復雜操作依賴(lài)于發(fā)送到或來(lái)自其他類(lèi)似數字元件的信息。已經(jīng)創(chuàng )建了通用協(xié)議標準來(lái)支持它們之間的通信。想象一下，如果每個(gè)IC或設備都使用其唯一的協(xié)議進(jìn)行通信。這就好比每個(gè)人都用自己獨特的語(yǔ)言說(shuō)話(huà)一樣。這將是一場(chǎng)混亂，因為我們幾乎不可能相互理解。

我們目前有不同的存儲器IC、數字傳感器、保護裝置、可編程電源、數字電位器、射頻IC等，都需要彼此之間或與微控制器通信，微處理器 ,FPGA或ASIC。設備之間這些通信的目的可能有很大的不同。它可以用于編程來(lái)提取信息，提供信號來(lái)啟動(dòng)動(dòng)作的性能。

另外，有些協(xié)議給了我們人類(lèi)通過(guò)微控制器與集成電路交互的能力。你可以向微控制器發(fā)送信號，微控制器被編程為通過(guò)這些協(xié)議之一向IC發(fā)送信號?；蛘?，您可以連接一個(gè)可用的調試工具。

串行通信的一個(gè)問(wèn)題是，如果出現問(wèn)題，很難找到并調試電路。假設數據沒(méi)有從一個(gè)設備傳輸到另一個(gè)設備。在這種情況下，故障可能存在于以下一個(gè)或多個(gè)地方：發(fā)送設備的邏輯、電路設計、串行通信的編碼方式、通信總線(xiàn)、接收器的解碼、接收器的電路設計或最終接收器的邏輯。在串行通信上粘貼示波器探針可以讓您查看是否有任何活動(dòng)，但不會(huì )告訴您其有效性。為了完全了解發(fā)生了什么，你需要一個(gè)帶解碼功能的示波器或一個(gè)邏輯分析儀。這將使你知道電壓脈沖在脈沖中的傳播，從而發(fā)現電壓水平，發(fā)現任何噪聲問(wèn)題，并尋找信號上升和下降率的問(wèn)題。

然而，為了徹底調試串行通信，您需要一個(gè)工具來(lái)解碼總線(xiàn)上的數據，看看它是否正確，或者是否被損壞或受到碰撞的影響。大量的調試工具專(zhuān)門(mén)用來(lái)調試設備或集成電路之間的通信。工業(yè)標準邏輯分析儀之一是薩利埃邏輯一系列邏輯分析儀，Pro模型提供足夠的速度來(lái)分析所有最流行的協(xié)議。

像這樣的協(xié)議處理速度太慢，分析速度太慢。這個(gè)LA2016邏輯分析儀提供采樣率之間的Salaee邏輯8和邏輯8 Pro非常低的成本；我有一個(gè)，并用它非常成功地分析了協(xié)議。

此外，通信協(xié)議的考慮對于固件和硬件設計都是至關(guān)重要的。從硬件方面來(lái)說(shuō)，你應該仔細檢查你選擇的微控制器的數據表。MCU只能使用專(zhuān)用管腳與預定義的協(xié)議進(jìn)行通信。在選擇MCU之前，設計者需要決定將使用什么IC以及需要什么協(xié)議。

例如，安裝在流行的STM32 Blue Pill開(kāi)發(fā)板上的stmcroelectronics STM32F103C8T6設備包括2 x I2C、3 x USART、2 x SPI和1 x CAN通信接口。但是，這些通信協(xié)議的一些管腳是共享的。例如，如果我們看設備的14號針，它的標簽是PA4。此引腳同時(shí)具有USART和SPI功能。這意味著(zhù)您不能同時(shí)為您的設計使用所有列出的SPI和USART接口。你需要選擇你需要的時(shí)間和相應的計劃，或搜索另一個(gè)微控制器，支持更多的通信接口。當然，PA4管腳可以通過(guò)改變操作中的配置來(lái)用于兩種通信協(xié)議。但是，您仍然需要仔細考慮在什么時(shí)候它將用于運行，因為它們不能同時(shí)使用。這將增加硬件和固件設計的復雜性。

微控制器中的串行通信管腳可以重疊，所以讀數據表您需要根據設備將從固件端使用的通信協(xié)議下載并使用相應的IC通信庫模塊。

雖然有許多通信協(xié)議，但最流行的是SPI和I2C。每種協(xié)議都有它的應用、通信速度、設計考慮因素、優(yōu)缺點(diǎn)。在這一系列文章中，我們將依次介紹它們。