关于485、CAN、单总线、SPI、I2C的特点、区别、协议、使用方法、通信方式。-Toy模板网

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1、485

485（一般称作 RS485/EIA-485）。

是隶属于 OSI 模型物理层电气特性规定为 2 线半双工多点通信标准。

它的电气特性和 RS-232 大不一样，用缆线两端的电压差值来表示传递信号。

特性

1. 接口电平低，不易损坏芯片

RS485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~ 6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V 表示。接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。

2. 传输速率高

10 米时，RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps

3. 抗干扰能力强

RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。

4. 传输距离远，支持节点多

RS485 总线最长可以传输 1200m 以上（速率≤100Kbps）一般最大支持 32 个节点，如果使用特制的 485 芯片，可以达到 128 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。

协议

RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性，它没有规定或推荐任何数据协议

使用方法

RS485 推荐使用在点对点网络中，线型，总线型，不能是星型，环型网络。

理想情况下 RS485需要 2 个匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗(一般 120Ω)。

没有特性阻抗的话，当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。

没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，导致数据传输出错。

2、CAN

CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network) 的简称

它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准(ISO11519以及ISO11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

特性

1. 多主控制（I2C有主从机之分，CAN无所谓主机从机）

在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）

“最先”访问总线的单元可获得发送权（不管后面消息的优先级是否比自身的高）

多个单元“同时”开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权（只在同时发送时起作用）

2. 消息的发送（对比I2C是根据地址进行访问，这里ID非地址，而是一种表征优先级的标识符）

在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。当两个以上的单元同时开始发送消息时，根据ID (标识符) 决定优先级，对各消息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作，此处这里ID非地址，而是一种表征优先级的标识符

3. 系统的柔软性（对比I2C总线上的每个单元都有一个独立的地址）

与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的都不需要改变。

4. 通信速度（波特率）

由CAN的物理层就可以看出，CAN是一种异步通信方式，所以通信前必须统一好同一网络上每个单元的波特率，即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。

5. 远程数据请求

可通过发送“遥控帧” 请求其他单元发送数据。

6. 错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能

所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）

检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）

正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）

7. 故障封闭

CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。

8. 连接

CAN 总线可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。

协议

CAL提供了所有的网络管理服务和报文传送协议，但并没有定义CMS对象的内容或者正在通讯的对象的类型。

使用方法

CAN使用称为CANH / CANL的通信线路执行传输和接收。没有电位差的信号称为隐性

(Recessive)信号，其逻辑值为1。具有电位差的信号称为显性(Dominant) 信号,其逻辑值0。如果通信总线上发生显性和隐性(Recessive)冲突,则显性(Dominant) 优先。总线空闲时保持隐性。

CAN总线的物理层逻辑电平，分为高速ISO11898标准(125kbps ~ 1Mbps)和低速ISO11519标准(10kbps ~ 125kbps) ;

3、单总线

主机和从机用一根总线进行通信，是一种半双工的通信方式，单线=时钟线+数据线+控制线（ +电源线）。理想状况下一条总线上的从器件数量几乎不受数量限制。

性特

这是由达拉斯半导体公司推出的一项通信技术。它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。

单总线技术以其线路简单、硬件开销少、成本低廉、软件设计简单优势而有着无可比拟的应用前景。基于单总线技术能较好地解决传统识别器普遍存在的携带不便、易损坏、易受腐馈、易受电磁干扰等不足，可应用于高度安全的门禁、身份识别等领域。其通信可靠简单，很容易实现。因此单总线技术有着广阔的应用前景，是值得产注的一个发展领域。

协议

单总线协议主要分为初始化总线协议，读总线协议和写总线协议.

单总线初始化协议过程大致如下：先输出低电平，至少保持480us,一般在480us到960us之间，接着输出高电平，延时15~60us.这个时候51单片机就进入了接收模式，这个时候从机需要60到240us发送一个低电平脉冲，如果这时主机接收到的是低电平，就需要主机从开始进入接收模式到初始化结束至少延时480us，这才算是完成了单总线通信的初始化‘。

单总线写时序协议过程大致如下：但总线协议的写时序还主要分为写0和写1，本身它的传输也是低位传输。整个写时序的时间至少需要60us，并且两次写时序的时间间隙至少是1us.写1时序主要是先输出低电平，延时2us，然后写1，延时50us.写0时序，先写0，延时60us，然后写1，延时2us的时间.

单总线读时序协议过程大致如下：整个读时序的时间至少需要60us,而且两次读时序的时间间隙至少是1us.主机先输出低电平2us,然后延时12us，这个时候主机进入接收模式，读取当前的电平状态，然后再延时50us,读取数据也是从低位开始读取

单总线使用实例

当主机对多个DS18B20的某一设备进行操作时，主机首先逐个与挂在总线设备挂接，使用搜索ROM(FOh)指令，读出其序列号(33H)，然后发送匹配指令(55h)，紧接着提供64位序列号，之后就是操作该DS18B20了。

如果只有一个DS18B20测温，就不需要搜索ROM、读ROM以及匹配ROM操作了，只需要指令跳过ROM(CCh)指令，就可指令温度转换(44h)和读取温度(BEh)操作了。

4、SPI

SPI全称是Serial Perripheral Interface，也就是串行外围设备接口。SPI是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速，全双工的同步通信总线。SPI时钟频率相比IIC要高很多，最高可以工作在上百MHZ。

特性

·可以同时发出和接收串行数据；
·可以当作主机或从机工作；
·提供频率可编程时钟；
·发送结束中断标志；
·写冲突保护；
·总线竞争保护等。

因为SPI是全双工的，所以读时序和写时序可以一起完成。

使用方法

SPI有四种工作模式，通过串行时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)的搭配来得到四种工作模式:
1，CPOL=0，串行时钟空闲状态为低电平。
2，CPOL=1，串行时钟空闲状态为高电平，此时可以通过配置时钟相位(CPHA)来选择具体的传输协议。
3，CPHA=0，串行时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。
4，CPHA=1，串行时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。

5、I2C

I2C（集成电路总线），由Philips公司（2006年迁移到NXP）在1980年代初开发的一种简单、双线双向的同步串行总线，它利用一根时钟线和一根数据线在连接总线的两个器件之间进行信息的传递，为设备之间数据交换提供了一种简单高效的方法。每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。

特点

只需要SDA、SCL两条总线；
没有严格的波特率要求；
所有组件之间都存在简单的主/从关系，连接到总线的每个设备均可通过唯一地址进行软件寻址；
I2C是真正的多主设备总线，可提供仲裁和冲突检测；
传输速度分为四种模式：
标准模式（Standard Mode）：100 Kbps
快速模式（Fast Mode）：400 Kbps
高速模式（High speed mode）：3.4 Mbps
超快速模式（Ultra fast mode）：5 Mbps
最大主设备数：无限制；
最大从机数：理论上，1008个从节点，寻址模式的最大节点数为2的7次方或2的10次方，但有16个地址保留用于特殊用途。

使用

写数据
若配置的方向传输位为“写数据”方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号§，表示不再传输数据。
读数据
若配置的方向传输位为“读数据”方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为 8 位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。
读和写数据
除了基本的读写，I2C 通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。