一、概念
1. 485：485（一般称作 RS485/EIA-485）是隶属于 OSI 模型物理层的电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的标准。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。
2. CAN：CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种多主方式的串行通讯总线，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
3. 单总线：单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。与SPI、I2C串行数据通信方式不同．它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。
4. SPI：全名串行外设接口(Serial Peripheral Interface)，是一种同步外设接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设备包括Flash RAM,网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。
5. I2C：I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
二、特点
1. 485：
（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。
2. CAN：
（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。
3. 单总线：节省I/O资源，结构简单、成本低廉、便于总线扩展维护。
4. SPI：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。
5. I2C：
(1)在硬件上,二线制的 I2C 串行总线使得各 IC 只需最简单的连接,而且总线接口都集成在 IC 中,不需另加总线接口电路。电路的简化省去了电路板上的大量走线,减少了电路板的
面积,提高了可靠性,降低了成本。在 I2C 总线上,各 IC 除了个别中断引线外,相互之间没有其他连线,用户常用的 IC 基本上与系统电路无关,故极易形成用户自己的标准化、模块化设计。
(2)I2C 总线还支持多主控( multi-mastering ),如果两个或更多主机同时初始化数据传输,可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为
主机。一个主机能够控制信号的传输和时钟频率。当然在任何时间点上只能有一个主机。
( 3)串行的 8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达 100kbps ( S08AW系列的 I2C 模块只
支持标准模式) ,快速模式下可达 400kbps ,高速模式下可达 3.4Mbps。
( 4)连接到相同总线的 IC 数量只受到总线最大电容( 400pf )的限制。但如果在总线中加上
82B715 总线远程驱动器可以把总线电容限制扩展十倍,传输距离可增加到 15m。
三、协议
1. 485：
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
2. CAN：
CAN 协议经 ISO 标准化后有 ISO11898 标准和 ISO11519-2 标准两种。 ISO11898 和 ISO11519-2 标准对于数据 链路层的定义相同，但物理层不同。
(1) 关于 ISO11898
ISO11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信标准。 目前，ISO11898 追加新规约后，成为 ISO11898-1 新标准。
(2) 关于 ISO11519
ISO11519 是通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准。ISO11519-2 是 ISO11519-1 追加新规约后的版本。
3. 单总线：
1.定义：主机和从机通过1根线进行通信，在一条总线上可挂接的从器件数量几乎不受限制。
2.特点：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。
3.优点：单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等。
4. SPI：
1.起始信号和终止信号
起始信号：CS片选信号高电平变为低电平，当从机检测到自己的片选拉低后，开始与主机进行通信。
终止信号：CS信号由低电平变为高电平，结束和主机之间的通讯，本次数据交互结束。
2.数据的有效性
数据借助MOSI和MISO进行传输，通过SCK时钟线进行数据的同步传输，数据在每一个SCK时钟周期传输一位数据。数据的输入和输出是同时进行的，发送一个数据也就会接受一个数据。在进行双向通信的时候，一边采用的是“MSB先行”。
3.时钟的相位和极性
SPI_CR寄存器的时钟和极性，出现了四种组合形式。
时钟极性【CPOL】：控制的是设备在空闲状态下的电平状态
CPOL为1：空闲状态为高电平 CPOL为0：空闲状态为低电平
时钟相位【CPHA】:控制采样信号的边沿
CPHA = 1:在SCK时钟的第二个边沿进行采样，同时数据要保持稳定，与此同时，则在第一个边沿进行数据的转换，准备下一次的数据传输。
CPHA = 0:在SCK时钟的第一个边沿进行采样，同时数据要保持稳定，与此同时，则在第二个边沿进行数据的转换，准备下一次的数据传输。
5. I2C：
I2C通信属于串行通信，具有两根串行信号线：数据线(SDA)，时钟线(SCL)。如下图所示，主控制器与从器件（一个或多个）都通过两根信号线连接，信号线上主机和从机都可以扮演发送器和接收器的角色。为确保传输过程的指向准确性，每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址（7位从器件专用地址码），可实现制定从机的定向传输与群发传输。
四、使用方法
1. 485：
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：
Linux Socket can使用方法_jirryzhang的博客-CSDN博客
3. 单总线：
1.单总线命令序列包括
（1）第一步：初始化
1）初始化包括主机发送复位脉冲和从机发送应答脉冲两部分组成；
2）主机 发送复位脉冲时拉低总线至少480us;
3）从机响应应答脉冲时，检测到总线被释放，并由5k上拉电阻拉高，从机检测到上升沿15-60us,拉低60-240us产生响应脉冲；
（2）第二步：ROM命令（跟随需要交换的数据）
（3）第三步：功能命令（跟随需要交换的数据）
2.主机每次访问单总线设备，严格按照此命令序列，当执行搜索ROM命令（）和报警搜索命令时，第三步不能再执行，需要回到第一步。
3.单总线写数据包括向单总线器件写‘0’和写‘1’；
（1）写‘0’，主机在拉低总线后，保持低电平至少60us即可；
（2）写’1’，主机在拉低总线后，在15us内释放总线，由上拉电阻拉高电平；
4.单总线读数据
（1）主机发送读数据命令后，发送读请求（拉低总线至少1us,然后释放），总线被上拉电阻拉高，从机此时发送1，则保持总线为高电平，若发送0，则拉低总线；
（2）注意：读取的每一个0 或者1，都是在主机发送读请求（拉低总线至少1us,然后释放）之后，上拉电阻拉高总线，15us内，从机改变总线状态，拉低为0，拉高为1，自主机发送读请求开始计时15us内从机把0或者1放到总线上，15us后释放总线。每读一个0或者1，至少需要60us;
4. SPI：
SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。
SPI接口一般使用 4 条线通信：
MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。
MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。
SCLK 时钟信号，由主设备产生。
CS 从设备片选信号，由主设备控制。
核心：主机内容与从机内容互换
CPOL：时钟极性选择，为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲为高电平
CPHA：时钟相位选择，为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在SCK第二个跳变沿采样
SPI 总线四种工作方式 SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串
行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果
CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果 CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电
平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果
CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果 CPHA=1，在串
行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI 主模块和与之通信的外设备时钟
相位和极性应该一致。
一般使用低电平上升沿（CPOL=0，CPHA=0）或者高电平上升沿（CPOL=1,CPHA=1）读取数据。
5. I2C：
I2C总线包括SCL,SDA 两根信号线，其中SCL是时钟线，SDA是数据线。
对于I2C总线的操作，主要有以下几个命令：
-
开始命令：
I2C总线开始的操作过程是通过SCL为高的时候SDA有个下降沿的过程； -
停止命令：
I2C停止的的操作过程是通过SCL为高的时候SDA有个上升沿的过程； -
读写数据
I2C读写每一位数据都是在SCL为高的时候完成的，读写每一位数据的时候SCL都有一个高脉冲的过程，也就是说，在SCL为高的时候我们读写SDA的值，这意味着在SCL拉高之前，SDA必须为一稳定的值，不然读写就不准确； -
写完从器件之后等待从器件的应答：
在主器件完成对从器件的写操作时候（每次会有一个字节的数据），主器件会等待从器件发送指示信号，这个指示信号是说从器件已经接受到了主器件的数据，这个回应ACK是个低电平脉冲。并且这是由从器件的硬件来完成的，不需要主器件来软件操作，只需要等待；文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-693254.html -
主器件读完数据后向从器件发送应答信号：
这其实包括两种情况，一种是主器件读完后还要继续读就要发送一个继续读的信号（其实就是发送0），另一种就是不再继续读了，就要发送停止读信号（其实就是发送1）。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-693254.html
五、通信方式
1. 485：半双工，多点通信
2. CAN：CAN总线为一种多主总线，即总线上的每一个节点设备均可充当为主机，而且每一个节点设备之间也都可以互相进行通信。
3. 单总线：采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的
4. SPI：全双工，同步的通信总线
5. I2C：全双工，需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
到了这里，关于485、CAN、单总线、SPI、I2C的概念，特点，协议，使用方法及通信方式，还有它们之间的区别的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
