解锁单片机外部通讯宝典:串口、I2C、SPI、CAN详解与实战指南

发布时间: 2024-07-11 02:45:58 阅读量: 60 订阅数: 27
TXT

单片机串口通信程序(带详细解释哦)

star4星 · 用户满意度95%
![解锁单片机外部通讯宝典:串口、I2C、SPI、CAN详解与实战指南](https://img-blog.csdnimg.cn/5c9c12fe820747798fbe668d8f292b4e.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBAV2FsbGFjZSBaaGFuZw==,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16) # 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其他单片机进行数据交换和控制的过程。它通常通过串口、I2C、SPI、CAN等通讯协议和硬件接口实现。 外部通讯对于单片机系统来说至关重要,它使单片机能够与外界进行交互,实现各种功能,例如: * 数据采集和传输:从传感器或其他设备获取数据,并将其传输到其他设备或系统。 * 设备控制:通过发送指令控制外部设备,如显示器、电机或其他单片机。 * 网络通信:通过串口或其他协议与其他单片机或计算机建立网络连接。 # 2. 串口通讯 ### 2.1 串口协议和硬件接口 #### 2.1.1 串口协议标准 串口协议定义了数据在串口总线上传输的方式,包括数据格式、波特率、校验方式等。常见的串口协议标准有: - **RS-232C:**最常用的串口协议,采用差分信号传输,支持全双工通信。 - **RS-422:**与RS-232C类似,但采用平衡传输,抗干扰能力更强。 - **RS-485:**采用半双工通信,支持多点连接,适合工业控制等场合。 #### 2.1.2 串口硬件接口 串口硬件接口定义了串口设备之间的物理连接方式,包括引脚定义、电气特性等。常见的串口硬件接口有: - **DB9:**9针接口,常用于RS-232C。 - **DB25:**25针接口,可支持更多信号线。 - **RJ45:**8针接口,常用于RS-485。 ### 2.2 串口编程 #### 2.2.1 串口初始化和配置 串口初始化和配置包括设置波特率、数据格式、校验方式等参数。以STM32单片机为例,串口初始化代码如下: ```c // 初始化串口1 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 使能串口1时钟 USART1->BRR = 0x0683; // 设置波特率为9600 USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE; // 使能发送和接收 USART1->CR2 |= USART_CR2_STOP1_0; // 设置停止位为1位 ``` #### 2.2.2 串口数据收发 串口数据收发可以通过轮询方式或中断方式实现。轮询方式即不断检查串口状态寄存器,当有数据可收发时再进行操作。中断方式则在串口发生中断时触发中断服务程序,从而提高效率。 ```c // 轮询方式发送数据 while ((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0); // 等待发送缓冲区空闲 USART1->DR = 0x55; // 发送数据 // 中断方式接收数据 void USART1_IRQHandler(void) { if (USART1->SR & USART_SR_RXNE) { uint8_t data = USART1->DR; // 读取接收数据 } } ``` #### 2.2.3 串口中断处理 串口中断处理包括中断向量配置、中断服务程序编写等。以STM32单片机为例,串口1中断向量配置代码如下: ```c NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3); // 设置串口1中断优先级 NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn); // 使能串口1中断 ``` # 3. I2C通讯 #### 3.1 I2C协议和硬件接口 ##### 3.1.1 I2C协议标准 I2C(Inter-Integrated Circuit)是一种串行通信协议,用于连接多个设备。它采用主从模式,其中一个设备(主设备)控制通信,而其他设备(从设备)响应主设备的请求。 I2C协议的标准定义了以下特性: - **总线拓扑:**I2C总线采用多主从拓扑,允许多个主设备和从设备连接到同一总线上。 - **数据传输:**数据以串行方式传输,一次一位。 - **时钟:**主设备生成时钟信号,从设备同步于此时钟。 - **寻址:**每个从设备都有一个唯一的7位地址,主设备通过发送此地址来选择要通信的从设备。 - **数据格式:**数据以8位字节格式传输,包括一个起始位、一个停止位和一个可选项校验位。 ##### 3.1.2 I2C硬件接口 I2C总线由两根信号线组成: - **SCL(时钟线):**主设备生成时钟信号,从设备同步于此时钟。 - **SDA(数据线):**数据以串行方式在SDA线上传输。 设备连接到I2C总线需要两个外部上拉电阻,分别连接到SCL和SDA线上。这些电阻将总线拉高到逻辑高电平,当没有设备发送数据时,总线处于空闲状态。 #### 3.2 I2C编程 ##### 3.2.1 I2C总线初始化和配置 在使用I2C总线之前,需要对总线进行初始化和配置。这包括设置时钟频率、选择SCL和SDA引脚,以及使能I2C模块。 以下代码示例展示了STM32单片机上I2C总线初始化和配置: ```c // I2C总线初始化 void I2C_Init(void) { // 使能I2C模块时钟 RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN; // 配置SCL和SDA引脚 GPIOB->AFR[1] |= GPIO_AFRH_AFRH1_1 | GPIO_AFRH_AFRH1_0; GPIOB->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODE1 | GPIO_MODER_MODE0); GPIOB->MODER |= GPIO_MODER_MODE1_1 | GPIO_MODER_MODE0_1; GPIOB->OTYPER &= ~(GPIO_OTYPER_OT1 | GPIO_OTYPER_OT0); GPIOB->PUPDR &= ~(GPIO_PUPDR_PUPD1 | GPIO_PUPDR_PUPD0); GPIOB->PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPD1_0 | GPIO_PUPDR_PUPD0_0; // 配置I2C总线时钟频率 I2C1->CR2 |= (I2C_CR2_FREQ_36MHZ | I2C_CR2_FREQ_16MHZ); // 使能I2C总线 I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE; } ``` ##### 3.2.2 I2C数据收发 I2C数据收发通过以下步骤完成: 1. 主设备发送起始位。 2. 主设备发送从设备地址。 3. 从设备响应。 4. 主设备发送数据(写操作)或接收数据(读操作)。 5. 主设备发送停止位。 以下代码示例展示了STM32单片机上I2C数据收发: ```c // I2C数据发送 void I2C_Send(uint8_t addr, uint8_t *data, uint8_t len) { // 发送起始位 I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 发送从设备地址 I2C1->DR = (addr << 1); while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 发送数据 for (uint8_t i = 0; i < len; i++) { I2C1->DR = data[i]; while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); } // 发送停止位 I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; } // I2C数据接收 void I2C_Receive(uint8_t addr, uint8_t *data, uint8_t len) { // 发送起始位 I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 发送从设备地址 I2C1->DR = (addr << 1) | 1; while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 接收数据 for (uint8_t i = 0; i < len; i++) { if (i == len - 1) { // 最后一次接收,发送NACK I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK; } while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE)); data[i] = I2C1->DR; } // 发送停止位 I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; } ``` ##### 3.2.3 I2C中断处理 I2C总线支持中断处理,以提高通信效率。当发生以下事件时,会触发中断: - **接收数据中断:**当从设备接收到数据时触发。 - **发送数据中断:**当主设备发送数据时触发。 - **总线错误中断:**当总线上发生错误时触发,例如仲裁丢失、从设备未响应等。 以下代码示例展示了STM32单片机上I2C中断处理: ```c // I2C中断处理函数 void I2C1_IRQHandler(void) { // 接收数据中断 if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE) { // 读取接收到的数据 uint8_t data = I2C1->DR; } // 发送数据中断 if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE) { // 发送数据 I2C1->DR = data; } // 总线错误中断 if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_BERR) { // 处理总线错误 } } ``` # 4. SPI通讯 ### 4.1 SPI协议和硬件接口 #### 4.1.1 SPI协议标准 SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信协议,用于在主设备和一个或多个从设备之间传输数据。它是一种全双工通信协议,这意味着主设备和从设备可以同时发送和接收数据。 SPI协议定义了以下信号: - **SCLK (Serial Clock)**:主设备提供的时钟信号,用于同步数据传输。 - **MOSI (Master Out, Slave In)**:主设备发送数据的信号线。 - **MISO (Master In, Slave Out)**:从设备发送数据的信号线。 - **SS (Slave Select)**:主设备用来选择要通信的从设备的信号线。 #### 4.1.2 SPI硬件接口 SPI硬件接口通常由以下组件组成: - **主设备**:控制通信的设备,通常是微控制器或微处理器。 - **从设备**:与主设备通信的设备,可以是传感器、显示器或其他外围设备。 - **SPI总线**:连接主设备和从设备的信号线集合。 ### 4.2 SPI编程 #### 4.2.1 SPI总线初始化和配置 SPI总线初始化和配置通常涉及以下步骤: - **设置时钟频率**:设置SPI总线时钟的频率。 - **设置数据格式**:设置数据传输的格式,包括数据位数、极性和相位。 - **选择从设备**:使用SS信号选择要通信的从设备。 #### 4.2.2 SPI数据收发 SPI数据收发涉及以下步骤: - **主设备发送数据**:主设备将数据发送到MOSI信号线上。 - **从设备接收数据**:从设备从MISO信号线上接收数据。 - **主设备接收数据**:主设备从MISO信号线上接收数据。 - **从设备发送数据**:从设备将数据发送到MOSI信号线上。 #### 4.2.3 SPI中断处理 SPI中断处理涉及以下步骤: - **启用中断**:启用SPI中断。 - **编写中断服务程序**:编写一个中断服务程序来处理SPI中断。 - **在中断服务程序中处理数据**:在中断服务程序中接收和发送数据。 ### 代码示例 以下是一个使用SPI协议发送和接收数据的代码示例: ```c // SPI初始化和配置 void spi_init(void) { // 设置时钟频率为1MHz SPI_SetClock(1000000); // 设置数据格式为8位,极性为低,相位为0 SPI_SetDataFormat(8, 0, 0); // 选择从设备 SPI_SelectSlave(0); } // SPI数据发送和接收 void spi_transfer(uint8_t *tx_data, uint8_t *rx_data, uint8_t len) { // 发送数据 SPI_SendData(tx_data, len); // 接收数据 SPI_ReceiveData(rx_data, len); } ``` **代码逻辑分析:** - `spi_init()`函数初始化SPI总线,设置时钟频率、数据格式和选择从设备。 - `spi_transfer()`函数发送和接收数据,它将发送数据发送到MOSI信号线上,并从MISO信号线上接收数据。 ### 扩展性说明 SPI协议还可以用于以下目的: - **多主设备通信**:允许多个主设备与同一个从设备通信。 - **全双工通信**:允许主设备和从设备同时发送和接收数据。 - **多速率通信**:允许在不同的数据速率下进行通信。 # 5.1 CAN协议和硬件接口 ### 5.1.1 CAN协议标准 控制器局域网络(CAN)是一种串行通信协议,广泛应用于汽车、工业自动化和医疗设备等领域。CAN协议具有以下特点: - **高可靠性:**CAN采用差分信号传输,抗干扰能力强,误码率低。 - **实时性:**CAN采用优先级机制,确保高优先级消息及时传输。 - **多主站:**CAN总线上可以有多个主站,实现多点通信。 CAN协议的标准规范包括: - **ISO 11898-1:**物理层和数据链路层规范 - **ISO 11898-2:**高层协议规范 ### 5.1.2 CAN硬件接口 CAN硬件接口包括: - **CAN控制器:**负责实现CAN协议的物理层和数据链路层功能。 - **收发器:**将CAN控制器的信号转换成差分信号,并传输到CAN总线上。 - **CAN总线:**双绞线或屏蔽双绞线,用于连接CAN控制器和收发器。 CAN总线具有以下特性: - **总线拓扑:**CAN总线采用总线拓扑结构,所有节点连接在同一根总线上。 - **差分信号:**CAN总线采用差分信号传输,抗干扰能力强。 - **总线电阻:**CAN总线上需要连接两个端接电阻,以匹配总线特性阻抗。
corwn 最低0.47元/天 解锁专栏
买1年送3月
点击查看下一篇
profit 百万级 高质量VIP文章无限畅学
profit 千万级 优质资源任意下载
profit C知道 免费提问 ( 生成式Al产品 )

相关推荐

Big黄勇

硬件工程师
广州大学计算机硕士,硬件开发资深技术专家,拥有超过10多年的工作经验。曾就职于全球知名的大型科技公司,担任硬件工程师一职。任职期间负责产品的整体架构设计、电路设计、原型制作和测试验证工作。对硬件开发领域有着深入的理解和独到的见解。
专栏简介
本专栏深入探讨单片机与外部通讯的方方面面,涵盖从入门到精通的实战案例、协议详解、程序设计秘籍、中断处理技术、数据传输与校验指南、时序控制与同步秘籍、可靠性设计与故障排除全攻略、电磁兼容性设计指南、安全设计与防护策略、性能优化与调优技巧、高级技术与应用、嵌入式系统设计与开发指南、工业控制与自动化应用、物联网与智能家居应用、医疗电子与可穿戴设备应用、航空航天与国防应用、金融与支付应用、汽车电子与车联网应用、电力电子与新能源应用等各个方面,旨在帮助读者全面掌握单片机外部通讯技术,解决疑难杂症,打造稳定可靠、高效流畅、安全防护的系统,助力各行业创新发展。

专栏目录

最低0.47元/天 解锁专栏
买1年送3月
百万级 高质量VIP文章无限畅学
千万级 优质资源任意下载
C知道 免费提问 ( 生成式Al产品 )

最新推荐

多语言支持的艺术:网络用语词典的国际化设计要点

![多语言支持的艺术:网络用语词典的国际化设计要点](https://phrase.com/wp-content/uploads/2023/02/Demo-react-app-1024x488.png) # 摘要 本文探讨了多语言支持、网络用语特点以及国际化设计的基础理论,并重点分析了网络用语词典的技术实现和实践案例。通过深入研究词典的数据结构、存储优化以及国际化和本地化关键技术,本文提出了一系列技术实现策略和测试方法,确保词典的质量和多语言支持的有效性。文章还讨论了网络用语词典的未来趋势,包括移动互联网和人工智能对词典设计的影响,以及持续更新与维护在构建可持续国际化词典中的重要性。 #

【数据库连接与配置】:揭秘yml文件设置不当导致的权限验证失败

![【数据库连接与配置】:揭秘yml文件设置不当导致的权限验证失败](https://cdn.educba.com/academy/wp-content/uploads/2021/10/spring-boot-jdbc.jpg) # 摘要 YML文件作为一种常见配置文件格式,在现代应用部署和数据库配置中扮演着关键角色。本文系统地介绍了YML文件的基本概念、结构解析,并深入分析了权限验证失败的常见原因,如不当的数据库权限设置、YML文件配置错误以及环境配置不匹配问题。通过实践案例,本文阐述了正确的配置方法、调试技巧以及配置文件版本控制与管理策略,为读者提供了切实可行的解决方案。同时,本文还探讨

【JSP网站重定向技术】:维护用户和搜索引擎友好的迁移方法

![jsp网站永久换域名的处理过程.docx](https://shneider-host.ru/blog/post_images/images/%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%201.png) # 摘要 JSP网站重定向技术是提高用户体验和搜索引擎优化(SEO)的重要组成部分。本文首先概述了网站重定向技术的基本原理,包括HTTP状态码的使用和重定向策略对SEO的影响。接着,详细

【仿真软件高级应用】:风力叶片建模与动力学分析的优化流程

![风力发电机叶片三维建模及有限元动力学分析](https://www.i3vsoft.com/uploadfiles/pictures/news/20221017115001_3285.jpg) # 摘要 仿真软件在风力叶片建模和动力学分析中扮演着关键角色,它通过理论建模的深入应用和实践操作的精确实施,为风力叶片的设计和优化提供了强大的支持。本文首先概述了仿真软件在风力叶片建模中的应用,并对理论基础进行了详细探讨,包括几何参数定义、动力学分析及仿真软件的作用。接着,本文介绍了仿真软件在建模实践中的具体操作流程,以及如何设置动力学参数和验证仿真结果。此外,还探讨了动力学分析的优化流程和未来仿

【ThinkPad拆机深度剖析】:从新手到高手的进阶之路

![【ThinkPad拆机深度剖析】:从新手到高手的进阶之路](https://img.baba-blog.com/2024/02/a-set-of-laptop-repair-parts.jpeg?x-oss-process=style%2Ffull) # 摘要 本文是一本关于ThinkPad笔记本电脑的维修与个性化改造的指南。首先介绍了拆机前的准备工作和注意事项,随后深入解析了ThinkPad的硬件架构,包括各主要硬件的识别、作用、兼容性及更新周期。硬件升级方案和拆机工具与技巧也在这部分被详细讨论。在实战操作指南章节中,拆机步骤、常见问题处理、故障排除、以及拆机后的恢复与测试方法都得到了

Oracle数据处理:汉字拼音简码的提取与应用案例分析,提高检索准确性

![Oracle数据处理:汉字拼音简码的提取与应用案例分析,提高检索准确性](https://opengraph.githubassets.com/ea3d319a6e351e9aeb0fe55a0aeef215bdd2c438fe3cc5d452e4d0ac81b95cb9/symbolic/pinyin-of-Chinese-character-) # 摘要 汉字拼音简码作为一种有效的汉字编码方式,在数据库检索和自然语言处理中具有重要价值。本文首先介绍了汉字拼音简码的基础知识及其在数据检索中的重要性,随后探讨了其在Oracle数据库中的理论基础、实现方法和实践操作。特别地,本文分析了如何

【Basler相机使用秘籍】:从基础到高级,全方位优化图像质量与性能

![【Basler相机使用秘籍】:从基础到高级,全方位优化图像质量与性能](https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/591edae7d1758ec704ca0816/1508870914656-ZSH4K9ZCFQ66BUL5NY4U/Canon-white-balance.png) # 摘要 Basler相机作为一款高性能工业相机,在多个领域中扮演着关键角色。本文首先介绍了Basler相机的技术特点以及安装流程,进而详细阐述了相机的基本操作和图像获取技术,包括相机初始化、控制接口的设置、图像获取的关键参数配置以及图像数据流的处理。此外,本

虚拟同步发电机技术全解析:从原理到市场潜力的深入探究

![虚拟同步发电机技术全解析:从原理到市场潜力的深入探究](https://powerside.com/wp-content/uploads/2023/06/active-vs-passive-vs-hybrid-compare-1024x370.jpeg) # 摘要 虚拟同步发电机技术是现代电力系统中一项重要的创新,它模拟了传统同步发电机的行为,提高了电网的稳定性和对可再生能源的适应性。本文综述了虚拟同步发电机的工作原理、控制策略和能量转换机制,并探讨了其在微电网中的应用以及通过仿真模拟进行的优化。同时,本文分析了虚拟同步发电机面临的各种技术挑战,并展望了其未来发展趋势和市场潜力。特别地,

G120变频器案例分析:实战参数优化,打造行业标杆

![G120变频器案例分析:实战参数优化,打造行业标杆](https://res.cloudinary.com/rsc/image/upload/b_rgb:FFFFFF,c_pad,dpr_2.625,f_auto,h_214,q_auto,w_380/c_pad,h_214,w_380/F7840779-04?pgw=1) # 摘要 G120变频器作为一种先进的工业传动设备,广泛应用于电机控制领域。本文首先介绍了G120变频器的基本概念、基础应用和参数设置,然后深入探讨了其参数优化的理论基础与实践案例,包括电机启动与制动优化、系统稳定性和响应速度的提升以及能耗分析与效率的提高。此外,还讨

Android截屏与录屏的稀缺资源处理:高性能编程与定制化策略

![Android截屏与录屏的稀缺资源处理:高性能编程与定制化策略](https://streaminglearningcenter.com/wp-content/uploads/2023/12/Passes_table1_5.png) # 摘要 随着移动设备应用需求的增长,Android系统下的截屏与录屏功能变得日益重要。本文综合介绍了高性能编程实践在截屏和录屏中的应用,以及稀缺资源管理策略的重要性。通过对截屏和录屏基础概述的介绍,我们分析了性能优化原则,包括算法优化、内存管理、多线程技术、资源调度和GPU加速。同时,探讨了如何管理稀缺资源,以及如何利用工具和框架提升性能。文章进一步深入定

专栏目录

最低0.47元/天 解锁专栏
买1年送3月
百万级 高质量VIP文章无限畅学
千万级 优质资源任意下载
C知道 免费提问 ( 生成式Al产品 )