单片机的通讯

1. USART（通用同步异步收发器）

别称：串口、UART（异步模式时）。 核心特点：点对点、全双工、异步/同步。

• 怎么连：只需 TX（发）、RX（收）、GND（地） 三根线。TX接对方的RX。

• 怎么传：没有时钟线，双方必须提前约定好波特率（如9600、115200）。数据以“帧”为单位，包含起始位、数据位、校验位、停止位。

• 优缺点：结构简单，线少，但速度较慢（通常≤1.5Mbps），且只能一对一。

• 用在哪：调试打印（printf）、GPS模块、蓝牙/WiFi模组通信、老旧设备对接。

• 新手注意：电平逻辑！TTL电平（0V/3.3V）和RS232电平（±12V）不通用，需用MAX3232芯片转换。

2. I2C（集成电路总线）

核心特点：多主多从、半双工、两根线。

• 怎么连：SDA（数据） 和 SCL（时钟），两根线可挂载最多128个设备，通过7位地址区分。

• 怎么传：所有设备开漏输出，必须接上拉电阻。通信以起始条件（SCL高时SDA下拉）开始，以停止条件结束。每个字节后，接收方需回复 ACK（应答） 位。

• 优缺点：极其省引脚，支持一主多从。但速度较慢（标准100kbps，快速400kbps，高速3.4Mbps），且受总线电容限制，不宜长距离。

• 用在哪：传感器（MPU6050陀螺仪、温湿度）、EEPROM存储、OLED屏幕（）集成上拉电阻、触摸芯片。

• 新手注意：时钟拉伸（从机拉低SCL请求等待）是常见卡死原因，初始化时务必检查超时处理。

3. SPI（串行外设接口）

核心特点：一主多从、全双工、高速、四根线。

• 怎么连：SCK（时钟）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、NSS/CS（片选）。每增加一个从机，就多一根CS线。

• 怎么传：由主机产生时钟，同时在MOSI和MISO线上收发数据，是真正的全双工。通过配置 CPOL（时钟极性） 和 CPHA（时钟相位） 有4种工作模式。

• 优缺点：速度极快（可达几十Mbps），传输稳定无协议开销。但引脚多，且无应答机制，主机只管发，不管从机是否收到。

• 用在哪：SD卡、TFT彩屏、高速ADC/DAC、Flash存储器（W25QXX）、射频芯片（NRF24L01）。

• 新手注意：模式匹配！主从机的CPOL/CPHA必须一致，否则读出的全是乱码。

4. CAN（控制器局域网）

核心特点：多主竞争、差分信号、高可靠、远距离。

• 怎么连：CAN_H 和 CAN_L 两根差分线，需接120Ω终端电阻。不依赖地址，靠 ID优先级（越小越高） 仲裁。

• 怎么传：数据以“帧”发送，包含ID、数据长度、0~8字节数据、CRC校验。若两个节点同时发，非破坏性仲裁：高优先级ID继续发，低优先级自动退出发送。

• 优缺点：抗干扰强（差分），通信距离可达1km（5kbps），支持多主机。但协议复杂，每帧最多只能带8字节数据。

• 用在哪：汽车电子（ECU、BMS电池管理）、工业现场（PLC通信、电梯控制）、机器人关节通信。

• 新手注意：必须用 CAN收发器芯片（如TJA1050）将单片机的TTL转成差分信号，不能直连。

5. USB（通用串行总线）

核心特点：主从结构、热插拔、复杂协议栈。

• 怎么连：D+、D- 差分线，加上VBUS（5V）和GND。设备通过D+或D-上的上拉电阻告知主机速度（低速1.5Mbps、全速12Mbps、高速480Mbps）。

• 怎么传：基于令牌包-数据包-握手包的事务传输。有四种传输类型：控制（枚举配置）、批量（U盘大文件）、中断（键盘鼠标，定期查询）、等时（音频视频，无重传）。

• 优缺点：通用性极强，供电+通信一体。但协议极其复杂，单片机需自带USB外设（如STM32F103）且需移植协议栈（如ST的USB库或CherryUSB）。

• 用在哪：与PC通信（虚拟串口）、U盘读写（HOST模式）、鼠标键盘（HID设备）、USB烧录（DFU）。

• 新手注意：不要尝试用IO模拟USB！必须使用带USB控制器的MCU。开发时务必注意 D+/D- 的PCB走线阻抗（90Ω差分），否则高速模式会失败。

对比总结