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標題: SPI、I2C、UART、I2S、GPIO、SDIO、CAN，你能分清楚嗎 [打印本頁(yè)]

作者: 技術(shù)小白 時(shí)間: 2018-1-13 09:47
標題: SPI、I2C、UART、I2S、GPIO、SDIO、CAN，你能分清楚嗎
總線(xiàn)，總線(xiàn)，總要陷進(jìn)里面。這世界上的信號都一樣，但是總線(xiàn)卻成千上萬(wàn)，讓人頭疼。
總的來(lái)說(shuō)，總線(xiàn)有三種：內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內部總線(xiàn)是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級的互連；而系統總線(xiàn)是微機中各插件板與系統板之間的總線(xiàn)，用于插件板一級的互連；外部總線(xiàn)則是微機和外部設備之間的總線(xiàn)，微機作為一種設備，通過(guò)該總線(xiàn)和其他設備進(jìn)行信息與數據交換，它用于設備一級的互連。

除了總線(xiàn)外，還有一些接口，它們是多種總線(xiàn)的集合體，或者說(shuō)來(lái)者不拒。

SPI (Serial Peripheral Interface)：MOTOROLA公司提出的同步串行總線(xiàn)方式。高速同步串行口。3～4線(xiàn)接口，收發(fā)獨立、可同步進(jìn)行。
因其硬件功能強大而被廣泛應用。在單片機組成的智能儀器和測控系統中。如果對速度要求不高，采用SPI總線(xiàn)模式是個(gè)不錯的選擇。它可以節省I/O端口,提高外設的數目和系統的性能。標準SPI總線(xiàn)由四根線(xiàn)組成：串行時(shí)鐘線(xiàn)(SCK)、主機輸入/從機輸出線(xiàn)(MISO)。主機輸出/從機輸入線(xiàn)(MOSI)和片選信號(CS)。有的SPI接口芯片帶有中斷信號線(xiàn)或沒(méi)有MOSI。

SPI總線(xiàn)由三條信號線(xiàn)組成：串行時(shí)鐘(SCLK)、串行數據輸出(SDO)、串行數據輸入(SDI)。SPI總線(xiàn)可以實(shí)現多個(gè)SPI設備互相連接。提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設備為SPI主機或主設備(Master)，其他設備為SPI從機或從設備(Slave)。主從設備間可以實(shí)現全雙工通信，當有多個(gè)從設備時(shí)，還可以增加一條從設備選擇線(xiàn)。如果用通用IO口模擬SPI總線(xiàn)，必須要有一個(gè)輸出口(SDO)，一個(gè)輸入口(SDI)，另一個(gè)口則視實(shí)現的設備類(lèi)型而定，如果要實(shí)現主從設備，則需輸入輸出口，若只實(shí)現主設備，則需輸出口即可，若只實(shí)現從設備，則只需輸入口即可。

I2C (Inter－Integrated Circuit)：由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設備。

I2C總線(xiàn)用兩條線(xiàn)(SDA和SCL)在總線(xiàn)和裝置之間傳遞信息，在微控制器和外部設備之間進(jìn)行串行通訊或在主設備和從設備之間的雙向數據傳送。I2C是OD輸出的，大部分I2C都是2線(xiàn)的（時(shí)鐘和數據），一般用來(lái)傳輸控制信號。

I2C是多主控總線(xiàn)，所以任何一個(gè)設備都能像主控器一樣工作，并控制總線(xiàn)�？偩€(xiàn)上每一個(gè)設備都有一個(gè)獨一無(wú)二的地址，根據設備它們自己的能力，它們可以作為發(fā)射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個(gè)I2C總線(xiàn)上共存。

UART：通用異步串行口，按照標準波特率完成雙向通訊，速度慢。
UART總線(xiàn)是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結構要復雜很多，一般由波特率產(chǎn)生器(產(chǎn)生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發(fā)送器組成，硬件上由兩根線(xiàn)，一根用于發(fā)送，一根用于接收。

UART是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點(diǎn)要注意的是，它提供了RS-232C數據終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。作為接口的一部分，UART還提供以下功能：

將由計算機內部傳送過(guò)來(lái)的并行數據轉換為輸出的串行數據流。將計算機外部來(lái)的串行數據轉換為字節，供計算機內部使用并行數據的器件使用。在輸出的串行數據流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數據流進(jìn)行奇偶校驗。在輸出數據流中加入啟停標記，并從接收數據流中刪除啟停標記。處理由鍵盤(pán)或鼠標發(fā)出的中斷信號（鍵盤(pán)和鼠標也是串行設備）�？梢蕴幚碛嬎銠C與外部串行設備的同步管理問(wèn)題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區，現在比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數據，而通常的UART是8250�，F在如果您購買(mǎi)一個(gè)內置的調制解調器，此調制解調器內部通常就會(huì )有16550 UART。

SPI、I2C和UART做個(gè)比較
SPI 和I2C這兩種通信方式都是短距離的，芯片和芯片之間或者其他元器件如傳感器和芯片之間的通信。SPI和IIC是板上通信,IIC有時(shí)也會(huì )做板間通信,不過(guò)距離甚短,不過(guò)超過(guò)一米,例如一些觸摸屏,手機液晶屏那些薄膜排線(xiàn)很多用IIC,I2C能用于替代標準的并行總線(xiàn)，能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C是多主控總線(xiàn)，所以任何一個(gè)設備都能像主控器一樣工作，并控制總線(xiàn)�？偩€(xiàn)上每一個(gè)設備都有一個(gè)獨一無(wú)二的地址，根據設備它們自己的能力，它們可以作為發(fā)射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個(gè)I2C總線(xiàn)上共存這兩種線(xiàn)屬于低速傳輸。

而UART是應用于兩個(gè)設備之間的通信，如用單片機做好的設備和計算機的通信。這樣的通信可以做長(cháng)距離的。UART速度比上面兩者者快,最高達100K左右,用與計算機與設備或者計算機和計算之間通信,但有效范圍不會(huì )很長(cháng),約10米左右,UART優(yōu)點(diǎn)是支持面廣,程序設計結構很簡(jiǎn)單,隨著(zhù)USB的發(fā)展,UART也逐漸走向下坡。

I2S（Inter-IC Sound Bus）是飛利浦公司為數字音頻設備之間的音頻數據傳輸而制定的一種總線(xiàn)標準。
I2S則大部分是3線(xiàn)的（除了時(shí)鐘和數據外，還有一個(gè)左右聲道的選擇信號），I2S主要用來(lái)傳輸音頻信號。如STB、DVD、MP3等常用

I2S標準中，既規定了硬件接口規范，也規定了數字音頻數據的格式。I2S有3個(gè)主要信號：1）串行時(shí)鐘SCLK，也叫位時(shí)鐘（BCLK），即對應數字音頻的每一位數據，SCLK都有1個(gè)脈沖。SCLK的頻率=2×采樣頻率×采樣位數。2）幀時(shí)鐘LRCK，(也稱(chēng)WS)，用于切換左右聲道的數據。LRCK為“1”表示正在傳輸的是左聲道的數據，為“0”則表示正在傳輸的是右聲道的數據。LRCK的頻率等于采樣頻率。3）串行數據SDATA，就是用二進(jìn)制補碼表示的音頻數據。
有時(shí)為了使系統間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個(gè)信號MCLK，稱(chēng)為主時(shí)鐘，也叫系統時(shí)鐘（Sys Clock），是采樣頻率的256倍或384倍。
GPIO (General Purpose Input Output 通用輸入/輸出)或總線(xiàn)擴展器，利用工業(yè)標準I2C、SMBus或SPI接口簡(jiǎn)化了I/O口的擴展。
當微控制器或芯片組沒(méi)有足夠的I/O端口，或當系統需要采用遠端串行通信或控制時(shí)，GPIO產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監視功能。每個(gè)GPIO端口可通過(guò)軟件分別配置成輸入或輸出。Maxim的GPIO產(chǎn)品線(xiàn)包括8端口至28端口的GPIO，提供推挽式輸出或漏極開(kāi)路輸出。提供微型3mm x 3mm QFN封裝。

GPIO的優(yōu)點(diǎn)(端口擴展器)：
低功耗：GPIO具有更低的功率損耗(大約1μA，μC的工作電流則為100μA)�！�
集成IIC從機接口：GPIO內置IIC從機接口，即使在待機模式下也能夠全速工作。
小封裝：GPIO器件提供最小的封裝尺寸 ― 3mm x 3mm QFN!
低成本：您不用為沒(méi)有使用的功能買(mǎi)單！
快速上市：不需要編寫(xiě)額外的代碼、文檔，不需要任何維護工作！
靈活的燈光控制：內置多路高分辨率的PWM輸出。
可預先確定響應時(shí)間：縮短或確定外部事件與中斷之間的響應時(shí)間。
更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。
布線(xiàn)簡(jiǎn)單：僅需使用2條IIC總線(xiàn)或3條SPI總線(xiàn)

SDIO
SDIO是SD型的擴展接口，除了可以接SD卡外，還可以接支持SDIO接口的設備，插口的用途不止是插存儲卡。支持 SDIO接口的PDA，筆記本電腦等都可以連接象GPS接收器，Wi-Fi或藍牙適配器，調制解調器，局域網(wǎng)適配器，條型碼讀取器，FM無(wú)線(xiàn)電，電視接收器，射頻身份認證讀取器，或者數碼相機等等采用SD標準接口的設備。
SDIO協(xié)議是由SD卡的協(xié)議演化升級而來(lái)的，很多地方保留了SD卡的讀寫(xiě)協(xié)議，同時(shí)SDIO協(xié)議又在SD卡協(xié)議之上添加了CMD52和CMD53命令。由于這個(gè)，SDIO和SD卡規范間的一個(gè)重要區別是增加了低速標準，低速卡的目標應用是以最小的硬件開(kāi)始來(lái)支持低速I(mǎi)/O能力。低速卡支持類(lèi)似調制解調器,條形碼掃描儀和GPS接收器等應用。高速卡支持網(wǎng)卡，電視卡還有“組合”卡等，組合卡指的是存儲器+SDIO。
SDIO和SD卡的SPEC間的又一個(gè)重要區別是增加了低速標準。SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標應用是以最小的硬件開(kāi)支來(lái)支持低速I(mǎi)/O能力，低速卡支持類(lèi)似MODEM，條形掃描儀和GPS接收器等應用。對組合卡來(lái)說(shuō)，全速和4BIT操作對卡內存儲器和SDIO部分都是強制要求的。
在非組合卡的SDIO設備里，其最高速度要只有達到25M，而組合卡的最高速度同SD卡的最高速度一樣，要高于25M。

CAN
CAN，全稱(chēng)為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。最初，CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。比如：發(fā)動(dòng)機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。

一個(gè)由CAN總線(xiàn)構成的單一網(wǎng)絡(luò )中，理論上可以?huà)旖訜o(wú)數個(gè)節點(diǎn)。實(shí)際應用中，節點(diǎn)數目受網(wǎng)絡(luò )硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò )中允許掛接110個(gè)節點(diǎn)。CAN 可提供高達1Mbit/s的數據傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)：
1)可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
2)網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級，可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。
3)采用非破壞性位仲裁總線(xiàn)結構機制，當兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續傳送數據。
4)可以點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播幾種傳送方式接收數據。
5)直接通信距離最遠可達10km(速率4Kbps以下)。
6)通信速率最高可達1MB/s(此時(shí)距離最長(cháng)40m)。

終于講完這些像繞口令一樣的名詞了，問(wèn)題是你明白了嗎？
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