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第九部分：1.STM32之通信接口《精讲》（USART，I2C，SPI，CAN，USB）

article 2024/11/15 7:29:47

本芯片使用的是STM32F103C8T6型号

STM32F103C8T6是STM32F1系列中的一种较常用的低成本ARM Cortex-M3内核MCU，具有丰富的通信接口，包括USART、SPI、I2C等。下面是该芯片上通信接口的管脚分布、每个接口的工作模式、常用应用场景和注意事项。

1. USART (通用同步/异步收发器)

管脚分布

USART1：TX (PA9), RX (PA10)
USART2：TX (PA2), RX (PA3)

工作模式

异步模式：标准UART，用于点对点通信，常用于串口调试、与传感器通信。
同步模式：较少使用，支持同步数据传输。
多处理器模式：可用于连接多个设备的主从通信。

时钟与电平

时钟：PCLK2 (USART1) 或 PCLK1 (USART2)
电平：3.3V TTL电平

应用场景和注意事项

应用场景：常用于串口调试、蓝牙模块通信（如HC-05）、GPS模块通信（如Ublox）、WIFI模块（如ESP8266）。
注意事项：确保波特率一致。接收和发送的数据量大时，建议使用DMA减少CPU占用；同时，需要注意线缆长度和接收缓冲区溢出问题。

应用示例

串口调试：将开发板的USART1连接到PC的串口（通过USB转串口模块）进行调试。
蓝牙通信：通过USART2连接蓝牙模块进行无线数据传输。

2. SPI (串行外设接口)

管脚分布

SPI1：SCK (PA5), MISO (PA6), MOSI (PA7), NSS (PA4)

工作模式

主模式：MCU作为主设备控制从设备的数据传输，支持点对多的通信。
从模式：MCU作为从设备接收主设备的指令，常用于与MCU、DSP等其他主机通信。

时钟与电平

时钟：PCLK2 (SPI1)
电平：3.3V TTL电平

应用场景和注意事项

应用场景：常用于连接Flash存储器、传感器（如MPU6050加速度计）、显示屏（如OLED）等。
注意事项：SPI总线支持点对多通信，但需要用片选（NSS）信号选择从设备，注意信号线的干扰，尤其在高频率下。此外，SPI通信没有确认机制，需处理好数据错误或丢失问题。

应用示例

外部Flash：通过SPI连接W25Qxx等Flash存储器进行数据读写。
显示屏驱动：驱动OLED或TFT屏幕来显示内容。

3. I2C (集成电路间接口)

管脚分布

I2C1：SCL (PB6), SDA (PB7)

工作模式

主模式：MCU作为主设备发起数据传输，支持点对多通信。
从模式：MCU作为从设备响应主设备的请求，常用于从属设备设计。

时钟与电平

时钟：PCLK1
电平：3.3V TTL电平，需要上拉电阻

应用场景和注意事项

应用场景：广泛用于传感器（如BMP280气压传感器、DS3231 RTC芯片）、LCD显示屏（如1602 LCD）等设备。
注意事项：I2C是半双工通信，支持多个设备共用总线，因此需要设置唯一地址。电平转换器可以用于跨电压I2C通信。需要注意上拉电阻的选择，一般3.3k-10kΩ。

应用示例

RTC时钟模块：通过I2C读取DS3231等时钟芯片的数据。
环境传感器：连接BMP280、DHT12等传感器采集环境数据。

4. CAN (控制器局域网)

STM32F103C8T6并没有内置CAN控制器，因此通常不支持CAN总线通信。如果需要使用CAN通信，可以选择带有CAN模块的STM32F103系列，如STM32F103CBT6（其硬件和引脚分布稍有不同）。

5. USB

管脚分布

USB：DM (PA11), DP (PA12)

工作模式

设备模式：支持USB Device模式，可以作为USB从设备连接到计算机。

时钟与电平

时钟：USB时钟
电平：3.3V差分信号

应用场景和注意事项

应用场景：常用于USB通信，包括USB串口、USB HID（如键盘鼠标）、USB音频、USB存储器等。
注意事项：USB需要正确配置端点和描述符，且电路设计上注意信号的抗干扰处理。外部时钟需要满足48MHz的时钟精度要求。

应用示例

USB串口：使用USB CDC类将STM32板识别为USB串口，便于调试和通信。
USB键盘：将STM32板模拟为USB HID设备，实现键盘或鼠标的控制。

总结

STM32F103C8T6具有丰富的通信接口，能够满足不同的应用需求：

USART：适合点对点通信，适用于调试和低速无线模块通信。
SPI：适合高速点对多通信，广泛应用于传感器、存储、显示等场景。
I2C：适合中低速点对多通信，常用于传感器和LCD等模块。
USB：支持将MCU作为USB从设备连接到PC，便于通信和调试。

在设计中需要根据具体应用场景选择合适的接口，并关注各接口的电平、速率、抗干扰等设计要求。

USART和UART区别？

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter）和UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）都是串行通信接口，用于设备间的串行数据传输。它们的区别主要在于通信模式的支持：

1. 通信模式

USART：支持同步和异步两种通信模式。
- 在异步模式下，USART和UART几乎一样，不需要时钟线，仅通过数据线传输数据，使用波特率来同步传输速率。
- 在同步模式下，USART会使用一个时钟信号（通常是主设备提供的）同步数据的发送和接收，这种模式下需要三条线路（TX、RX、时钟线）。同步模式通常用于需要更高传输速率的场景。
UART：仅支持异步通信模式。它不支持同步时钟信号，即无同步时钟线，主要通过设定一致的波特率来确保通信双方的同步。

2. 传输速率

USART的同步模式可以更高效地传输数据，传输速率可达到主机时钟频率的一半甚至更高（比如在SPI模式下可以达到几兆比特每秒的传输速率）。
UART由于只能异步工作，速率通常受到波特率限制，通常在9600到115200之间，更高的波特率会增加数据丢失的风险。

3. 硬件支持

USART和UART接口在硬件上非常相似，许多微控制器中的USART模块都可以通过配置成异步模式，以兼容UART设备。
在很多微控制器中，比如STM32，USART模块可以灵活配置为UART兼容模式，但UART接口无法配置为支持同步模式的USART。

4. 应用场景

USART适合用于需要同步通信的场景，例如与SPI设备通信，数据通信速率要求较高时的场合。
UART更常用于标准的异步串口通信，如与PC通信、蓝牙模块通信、GPS模块通信等，不依赖时钟信号，连接简单，应用广泛。

总结

USART 是支持同步和异步两种通信模式的接口，兼具更灵活的应用场景。
UART 只支持异步通信，应用上更为简单广泛。

对于大多数应用场景，如果只是进行普通串口通信（如调试），USART和UART在异步模式下没有本质差别，因此可以通用。而在同步数据传输需求较高的场景下（如与SPI设备进行高速数据传输），USART的同步模式优势会更明显。

STM32F103C8T6（48引脚封装）具有以下通信接口和方式：

通信接口数量

USART/UART：3个接口
- USART1：TX (PA9), RX (PA10)
- USART2：TX (PA2), RX (PA3)
- USART3：TX (PB10), RX (PB11)
SPI：2个接口
- SPI1：SCK (PA5), MISO (PA6), MOSI (PA7), NSS (PA4)
- SPI2：SCK (PB13), MISO (PB14), MOSI (PB15), NSS (PB12)
I2C：2个接口
- I2C1：SCL (PB6), SDA (PB7)
- I2C2：SCL (PB10), SDA (PB11)
USB：1个接口
- USB：DM (PA11), DP (PA12)