学习笔记–STM总结常用协议32
文章目录
- 学习笔记--STM32常用协议总结
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- 1. One-Wire：一根数据线
- 2. I2C协议：时钟线(SCL)和数据线(SDA)
- 3. UART串口：DB9接口为标准接口，其中(GND,RXD/TXD)必不可少
- 4. SPI协议：MISO、MOSI、SCK、CS
STM根据外设连接的总线数量，32常用协议可分为：
1根线: One-Wire例如，一线协议DHT11温湿度传感器，DS18B20温度传感器； 2根线：I2C协议，比如SHT30温湿度传感器，OLED显示屏； 3根线：UART/串口协议，比如GPS，NB-IoT； 4根线：SPI协议，比如NFC，LoRa。
1. One-Wire：一根数据线
总线空闲时保持高电平，内置上拉电阻 传输时序： 
DHT11上电后()，测试环境温湿度数据，同时记录数据DHT11的DATA数据线从上拉电阻一直保持高电平；此时DHT11的DATA引脚处于输入状态，始终检测外部信号。
微处理器的I/0设置为输出同时输出低电平，低电平保持时间不小于18ms(最大不超过30ms)，然后是微处理器I/0设置为输入状态，微处理器电阻，微处理器I/0即DHT11的DATA数据线也变高了，等待DHT11发出回答信号。发送信号如下图所示:
DHT11的DATA当引脚检测到外部信号低电时，等待外部信号低电平结束，延迟DHT11的DATA引脚处于输出状态，输出81-85微秒的低电平作为响应信号，然后输出86-88微秒的高电平通知外设准备接收数据，微处理器I/0此时处于输入状态，检测到I/0有低电平(DHT11回应信号后，等待86-88微秒的高电平后的数据接收，发送信号如下图所示:
由DHT11的DATA微处理器根据引脚输出40位数据I位数据0格式为： 低电平54微秒和23微秒- 位数据1格式为27微秒高电平： 54微秒低电平加68-74微秒高电平。位数据0，1 格式信号如下图所示： DHT11的DATA引脚输出40位数据后，继续输出低电平54微秒，继续输出低电平54微秒后转为输入状态。DHT内部重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部信号的到来。
单总线上的所有通信都从初始序列开始，总线的空闲状态被上拉电阻拉到高电平；主机输出低电平，保持至少480us，产生复位脉冲。然后主机释放总线，上拉电阻将总线拉到高电平，延迟15-60us，此时进入接收模式DS18B20拉低总线60-240us，产生低电平响应脉冲，然后释放总线。
总线控制器控制单总线高低电平的持续时间DS18B每次只传输一位数据20中。
想给单片机DS18B20写0时，需要将单片机引脚拉低，保持低电平时间在60~120us然后释放总线。 想给单片机DS18B当20写入1时，需要降低单片机的引脚，降低时间大于1us，然后在15us内拉高总线.。
采用多个DS18B20时，需要写ROM指令控制总线上的某个指令DS18B假如是单个DS18B直接写跳过ROM指令0xCC即可。
DS18B获得温度后，20将储存在内部RAM在内部，控制端需要使用相应的指令RAM进行操作。 读取温度 0xBE，读取高速暂存器存储的数据。 温度转换 0x44.打开温度读取转换，读取的温度将存储在高速临时存储器的第0个和第一个字节中。
读取间隙由主机至少拉低总线电平us然后再释放总线，读取DS18B20发送的1或0。DS18B20检测到总线下降1微秒后，开始发送数据。如果要发送0，将总线拉到低电平，直到读取周期结束。如果要发送1，释放总线为高电平。
2. I2C协议：时钟线(SCL)和数据线(SDA)
在I2C总线上传输的每个数据都由同步时钟脉冲对应，即在SCL在串行时钟的配合下，数据在SDA从高到低依次传输每个数据。
I2C空闲时，总线SDA和SCL均处于高电平状态(由上拉电阻拉高)，当主设备开始一次I2C发送一个通信START信号告诉设备开始通信，通信结束时发送STOP通信从设备结束告知信号。
一个I2C从设备、主设备通过物理地址和设备通信，从设备的物理地址到内部电路。 主机在发送START信号发出后，应立即从设备的物理地址通信第二时序。I2C总线是一种实现半双工通信的同步串行通信协议，主要设备应具有读写能力。 因此，I2C除7bit除了物理地址，还有1bit标记阅读/写作方向。I2C读写地址一般为1Byte，高7位为物理地址，最低位为读写方向。(0写，1读)
主机在发送I2C通信请求后，设备将对物理地址的相应响应ACK应答信号。
此外，数据接收器在接下来的通信过程中收到传输的字节数据后，需要给出主/ACK回应，此时在第九个时钟周期，发送端释放SDA总线，将SDA由接收方控制的电平拉高。
继续沟通：回应ACK信号，即SDA为低电平； 结束通信：回应NACK信号，即SDA为高电平。
： 接到设备响应信号后，主设备开始向设备发送数据。SDA数据线上的每个字节必须是8bit，每次传输的总字节数没有限制。每个字节发送完成后，必须遵循响应信号。
I2C总线通信时数据传输采用MSB方式发送，高电平表示1，低电平表示0。当传输的数据位需要改变时，如当前发送1，下一个发送0，必须在SCL另外，在传输过程中，SDA上数据位SCL高电平期间必须保持稳定不变，因为防止误发开始/停止信号，引起数据错乱。 采用I2C协议温湿度传感器，通信顺序：
3. UART串口：DB9接口为标准接口，其中(GND,RXD/TXD)必不可少
注意UART和USART不同的是，前者只支持异步通信，而后者支持异步/同步通信。目前主要采用异步通信模式。 各引脚的作用如下： 现在大部分都是用的USB串口的设备缩小了串口的体积。
至少使用串口通信GND单工通信可以用信号线完成，比如GPS；大多数串口通信都是三条线(GND,RXD,TXD)实现全双工通信。
串口通信时，收发按周期进行，每周期传输N个二进制位。这个周期叫通信单元。通信单元由起始位置组成 数据位 奇偶校验位 停止构成。
波特率是电子通信领域的调制速率，是指有效数据信号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。
串口通信是一种异步通信方式，双方没有同步时钟同意bit数据收发需要多长时间才能保持电平，通过收发双方的速率同步收发数据。这个速率是波特率，单位是bps(bit period second)。
常用速率为115200(3G/4G9600(NB-IoT/GPS)、4800等，双方可以保持一致。>
： 表示发送方要开始发送一个通信单元。总线空闲时维持高电平，一旦产生一个下降沿变为低电平表示起始信号。
表示一个通信单元中有效信息位，一次发送多少位有效数据是可以设定的(6,7,8,9，一般选择8位)。
用来校验数据位，分为奇校验和偶校验： 奇校验保证传输过程中1的个数为奇数，偶校验保证传输过程中1的个数为偶数。
收发双方本单元通信结束的标志，由通信线上的电平变化来反映。常见的有1位/1.5位/2位停止位等，一般用1位停止位。
电平信号是信号线电平减去GND电平的差值，这个电压差决定了传输的是1还是0；
TTL电平(MCU或者芯片电平)标准规定：高电平为5V（51单片机）或者3.3V（ARM）表示1，0V表示0； RS232电平标准规定：-15V至-3V表示1，+3V至+15V表示0；
显然TTL是芯片的串口直接出的电平，适合距离近干扰小的情况；设备与设备之间的远距离通信因为压降和干扰等因素需要使用RS232电平，但它的通信距离一般也小于15M；
4. SPI协议：MISO、MOSI、SCK、CS
SPI是一种同步串行全双工的接口技术，速度快，效率高。通常为一个主设备(Master)和一个或者多个从设备(Slave)构成，主设备通过片选端选择一个从设备进行通信。由四根线构成：MISO(Master input Slave output)，MOSI，CLK(时钟)，CS(片选)。但其在传输数据时没有像I2C协议有应答机制，在数据的可靠性传输上有一定缺陷。
SPI共有四种传输模式，由CPOL(时钟极性，表示空闲时为低电平还是高电平)和CPHA(时钟相位，表示从结束空闲状态开始第几个跳变沿开始采样数据)决定。
模式0：CPOL=0,CPHA=0。SCK串行时钟线空闲是低电平。在SCK的上升沿采样数据，在SCK下降沿切换。 模式1：CPOL=0,CPHA=1。SCK串行时钟线空闲是低电平。在SCK的下降沿采样数据，在SCK上升沿切换。 模式2：CPOL=1,CPHA=0。SCK串行时钟线空闲是高电平。在SCK的下降沿采样数据，在SCK上升沿切换。 模式3：CPOL=1,CPHA=1。SCK串行时钟线空闲是高电平。在SCK的上升沿采样数据，在SCK下降沿切换。 常用的是模式0和3；
主设备通过拉低相应的NSS(片选)引脚选择相应的从设备进行通信，通信完成后再拉高相应的片选引脚，双方通过交换各自移位寄存器里的数据完成数据交换。主设备的读和写都是这样一种数据交换的模式。