单片机外部通讯航空航天与国防应用：探索未知，保卫国家安全

# 1. 单片机外部通讯概述

单片机外部通讯是指单片机与外部设备或系统之间的数据交换。它使单片机能够与传感器、执行器、其他单片机或计算机进行交互，从而实现复杂的功能。

外部通讯协议是单片机与外部设备进行通信的规则和规范。这些协议定义了数据格式、传输速率、时序和错误处理机制。常见的外部通讯协议包括串行通信协议（如UART、CAN、I2C）、并行通信协议（如SPI、I/O总线）和无线通信协议（如ZigBee、Bluetooth、LoRa）。

# 2. 单片机外部通讯协议

单片机外部通讯协议是指单片机与外部设备进行数据交换时遵循的规则和约定。根据数据传输方式的不同，单片机外部通讯协议可分为串行通信协议、并行通信协议和无线通信协议。

### 2.1 串行通信协议

串行通信协议是指数据按位顺序逐个传输的协议。串行通信协议的特点是传输速度较慢，但布线简单，成本低廉。常见的串行通信协议有 UART、CAN 和 I2C。

#### 2.1.1 UART

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种异步串行通信协议，主要用于单片机与计算机、打印机等设备之间的通信。UART 的特点是数据传输速率可变，传输距离较短。

UART 的工作原理如下：

- **发送数据：**
- 单片机将数据写入 UART 的发送缓冲区。
- UART 将数据逐位移出发送缓冲区，并通过发送引脚发送出去。
- 每发送一位数据，UART 会在数据位后面添加一个起始位和一个停止位。

- **接收数据：**
- UART 从接收引脚接收数据位。
- UART 将接收到的数据位存储在接收缓冲区中。
- 单片机从接收缓冲区读取数据。

UART 的参数设置如下：

| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 波特率 | 数据传输速率，单位为 bps |
| 数据位 | 数据帧中数据位的数量，通常为 5、6、7 或 8 位 |
| 停止位 | 数据帧中停止位的数量，通常为 1 或 2 位 |
| 奇偶校验 | 用于检测数据传输错误的校验方式 |

#### 2.1.2 CAN

CAN（Controller Area Network）是一种串行通信协议，主要用于汽车、工业控制等领域。CAN 的特点是数据传输速率高，抗干扰能力强，可靠性高。

CAN 的工作原理如下：

- **发送数据：**
- 单片机将数据写入 CAN 控制器。
- CAN 控制器将数据封装成 CAN 数据帧。
- CAN 数据帧通过 CAN 总线发送出去。

- **接收数据：**
- CAN 控制器从 CAN 总线接收 CAN 数据帧。
- CAN 控制器将 CAN 数据帧解封装成数据。
- 单片机从 CAN 控制器读取数据。

CAN 的参数设置如下：

| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 波特率 | 数据传输速率，单位为 bps |
| 报文长度 | CAN 数据帧中数据位的数量，通常为 8、11、16 或 20 位 |
| 仲裁 ID | 用于确定数据帧传输优先级的标识符 |

#### 2.1.3 I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，主要用于单片机与 I2C 设备之间的通信。I2C 的特点是数据传输速率低，功耗低，布线简单。

I2C 的工作原理如下：

- **发送数据：**
- 单片机将数据写入 I2C 控制器。
- I2C 控制器将数据逐位移出发送缓冲区，并通过 SDA 引脚发送出去。
- 每发送一位数据，I2C 控制器都会发送一个时钟信号（SCL）。

- **接收数据：**
- I2C 控制器从 SDA 引脚接收数据位。
- I2C 控制器将接收到的数据位存储在接收缓冲区中。
- 单片机从接收缓冲区读取数据。

I2C 的参数设置如下：