【通信协议讲解】单片机基础重点通信协议解析与总结（IIC,CAN,MODBUS...）
目录
一.IIC总线
基础特性：
配置特性：
时序特性：
二.SPI总线
基础特性：
配置特性：
时序特性：
三.串口通信
基础特性：
配置特性：
时序特性：
四.CAN总线
基础特性：
配置特性：
时序特性：
五.ModBus总线
基础特性：
配置特性：
一.IIC总线
基础特性：
- 两根通信线：SCL、SDA
- 同步，半双工
- 总线挂载多设备（一主多从，多主多从）
配置特性：
- SCL、SDA配置为开漏输出
- SCL、SDA带上拉电阻（一般4.7K）
时序特性：
- 起始条件：SCL:High，SDA:High->Low
- 终止条件：SCL:High，SDA:Low->High
- 发送：Master->SCL:Low->SDA高位先行->SCL:High->Slave
- 接收：Slave->SCL:Low->SDA高位先行->SCL:High->Master
二.SPI总线
基础特性：
- 四根通信线：SCK，MOSI，MISO，SS
- 同步，全双工
- 支持总线挂载多设备（一主多从）
配置特性：
- 主机引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚
- 输出引脚->推挽输出，输入引脚->浮空或上拉输入
时序特性：
- 起始条件：SS从高电平切换到低电平
- 终止条件：SS从低电平切换到高电平
- 三种模式：1.CPOL=0,CPHA=1；2.CPOL=1,CPHA=0；3.CPOL=1,CPHA=1
三.串口通信
基础特性：
- 两根通信线：TX，RX；一根参考线：GND
- 同步或异步，全双工
- 点对点
配置特性：
- 交叉连接
- 电平标准一致（TTL电平，RS232电平，RS485电平等）
- 波特率，起始位，数据位，校验位，停止位
时序特性：
正逻辑时：
- 起始位：一位时间的低电平
- 停止位：一位或多位的高电平
- 低位先行
负逻辑时起始位和停止位电平相反。
四.CAN总线
基础特性：
- 两根通信线：CAN_H、CAN_L
- 异步，半双工
- 差分电平
- 可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序
配置特性：
- CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CAN_H和CAN_L分别与总线的CAN_H和CAN_L相连
- 高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻
- 低速CAN使用开环网络，CAN_H和CAN_L其中一端添加2.2kΩ的终端电阻
时序特性：
- 11位/29位报文ID
- 差分信号（VCAN_H-VCAN_L）：
- 高速CAN规定：
- 电压差为0V时表示逻辑1（隐性电平）
- 电压差为2V时表示逻辑0（显性电平）
- 低速CAN规定：
- 电压差为-1.5V时表示逻辑1（隐性电平）
- 电压差为3V时表示逻辑0（显性电平）
- 帧类型：
- 数据帧
- 遥控帧
- 错误帧
- 过载帧
- 帧间隔
- 位填充：
- 发送方每发送5个相同电平后，自动追加一个相反电平的填充位，接收方检测到填充位时，会自动移除填充位，恢复原始数据
- 数据帧：
- SOF（Start of Frame）：帧起始，表示后面一段波形为传输的数据位
- ID（Identify）：标识符，区分功能，同时决定优先级
- RTR（Remote Transmission Request ）：远程请求位，区分数据帧和遥控帧
- IDE（Identifier Extension）：扩展标志位，区分标准格式和扩展格式
- SRR（Substitute Remote Request）：替代RTR，协议升级时留下的无意义位
- r0/r1（Reserve）：保留位，为后续协议升级留下空间
- DLC（Data Length Code）：数据长度，指示数据段有几个字节
- Data：数据段的1~8个字节有效数据
- CRC（Cyclic Redundancy Check）：循环冗余校验，校验数据是否正确
- ACK（Acknowledgement）：应答位，判断数据有没有被接收方接收
- CRC/ACK界定符：为应答位前后发送方和接收方释放总线留下时间
- EOF（End of Frame ）：帧结束，表示数据位已经传输完毕
- 遥控帧：
- 无数据段，其他部分与数据帧相同
- 错误帧：
- 总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现“位错误”或“填充错误”或“CRC错误”或“格式错误”或“应答错误” ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备
- 过载帧：
- 当接收方收到大量数据而无法处理时，其可以发出过载帧，延缓发送方的数据发送，以平衡总线负载，避免数据丢失
- 帧间隔：
- 将数据帧和远程帧与前面的帧分离开
五.ModBus总线
基础特性：
- 分类：
Modbus ASCII：基于串行通信的文本协议。Modbus RTU：基于串行通信的二进制协议。Modbus TCP/IP：基于以太网的协议。（TCP/IP 协议栈）- 一主多从，可以有多达247个从设备
配置特性：
- 功能码：公共功能码、用户定义功能码和保留功能码。
- 0 类功能码：最常用功能码
3 读取多寄存器 16 写入多寄存器 - 1 类功能码：
1 读取线圈 2 读取离散量输入 4 读取输入寄存器 5 写入单个线圈 6 写入单个寄存器 7 读取异常状态（仅限串行） - 2 类功能码：
15 写入多个线圈 20 读取文件记录 21 写入文件记录 22 屏蔽写入寄存器 23 读取/写入多个寄存器 24 读取
时序特性：
- 数据格式：固定长度，由地址、功能码、数据和一个错误校验字段组成。
- 帧结构 = 地址 + 功能码+ 数据 + 校验
- 地址域：1 字节，即从机设备地址，通常 1-247 为有效地址，0 为广播地址
- 功能码：1 字节，表明主机请求数据的类型。
- 数据：N 字节，包含寄存器地址和寄存器数据等。
- 差错校验：对数据进行冗余校验的结果，CRC 或 LRC。
如有错误，感谢指正
2024.10.11