学单片机要掌握哪些通信技术？

嵌入式专栏

作者 | strongerHuang
微信公众号 | strongerHuang
不定期会有读者问类似这样的问题：从事单片机工作，要掌握哪些通信的技术知识？
随着技术的发展，通信技术越来越多，但在嵌入式领域，常见的通信技术其实也不多，像UART、 I2C、 SPI、 CAN、 USB和TCP/IP等这些算是最常见的一些。
这些通信技术说简单也简单，说难也难，这里站在初学者角度科普一下其中的基础内容。
常见通信技术
UART
UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。
USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，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。
I2CI2C：Inter-Integrated Circuit，字面上的意思是集成电路之间，它其实是I2C Bus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线。
SPISPI：Serial Peripheral Interface，串行外设接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
QSPI是Queued SPI的简写，是Motorola公司推出的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。
CANCAN：Controller Area Network，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。
USBUSB：Universal Serial Bus，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。
TCP/IPTCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议。
TCP/IP是传输协议，当然，这里主要指Internet网，只是TCP/IP是其中最为重要的一层传输协议。
当然，这些只是常见的通信技术，还有很多有线和无线的通信技术，这里就不过多描述。
通信原理
这几种常见串行方式基础的通信原理不难，网上教程也有很多，这里给大家整合一下。
UARTUART通信一般是3线，当然也有单线半双工模式。
UART连接方式：

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UART通信数据格式：

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这一节详细更多内容请参看《通信教程01》中串行通信章节。
I2CI2C是串行同步通信方式，一般是2线（SDA数据线、SCL时钟线），一主多从的通信方式。
I2C连线方式：

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SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）都是双向I/O线，接口电路为开漏输出．需通过上拉电阻接电源VCC。当总线空闲时．两根线都是高电平，连接总线的外同器件都是CMOS器件，输出级也是开漏电路．在总线上消耗的电流很小。
I2C一般是地址+数据+ACK方式，基础的数据格式：

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SPISPI应用非常广泛，通常用于在微控制器和小型外设（如移位寄存器，传感器和SD卡）之间发送数据的接口总线。
SPI通信主要使用3线（SCK、MOSI、MISO）进行通信：

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但是SPI也用于多从机通信，此时，会多处一个CS片选信号线。

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多从机接线方式：

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当然，还有类似I2C多从机，通过寻址方式实现：

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SPI通信协议比I2C要简单的多，没有过多的数据处理。
CANCAN通信是相对前面3种更复杂的一种局域网络，不管是硬件，还是软件协议都更加复杂。
这里不详细讲述，可以关注公众号回复【CANOpen系列教程】，里面有关于CAN从底层硬件、协议、到上层软件的详细内容。
USBUSB是生活中常见的一种串行通信接口，主要4线（D+ D- VCC GND）：

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USB设备端的D-或D+数据线连接1.5K欧姆的上拉电阻。当设备插入PC机的时候，会将PC机的D-或D+端的电压拉高，当PC机在D-或D+端检测到高电平时，就知道有设备插入了。
如果是PC机D-端被拉高，接入的则是USB低速设备；如果是PC机D+端被拉高，接入的则是USB全速或高速设备，具体是全速设备还是高速设备，会由PC机和USB设备发包握手确定。

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USB传输速度有：低速1.5Mbps(USB1.0协议)、全速12Mbps(USB1.1协议)、高速480Mbps(USB2.0协议)、超高速5Gbps(USB3.0协议)等。
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