UART、SPI、IIC、CAN几种通信协议的简述与对比
前置概念理解
串行/并行
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串行
数据按位传输
UART、SPI、IIC、CAN
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并行
数据在多根信号线上同时传输
计算机内部总线等
同步/异步
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同步
通信双方共享时钟信号（线），通过一致的频率实现信息同步
IIC；SPI；
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异步
通信双方分别有自己的时钟，通过起始位/停止位等实现信息同步
UART；CAN
全双工/半双工/单工
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全双工
双向通信，双方都可发送数据，且可同时进行
UART；SPI
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半双工
双向通信，双方都可发送数据，但同一时刻只能一方发送，一方接收
IIC；CAN
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单工
单向通信，只能由一方发送数据，一方接收数据
通讯协议对比
UART
串行（单向只有一根数据线发送数据）、异步（无时钟线）、全双工（收发在不同线上）
速率受传输距离等外部环境影响
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信号线与接线方式
- TX
- RX
- GND
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通信结构
点对点式：1对1
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信号类型与抗干扰能力
单端信号（相对GND）；抗干扰能力有限
不包括RS-485
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数据通信格式
按数据帧传输，一个字节数据：
起始位+数据位+奇偶校验位+停止位使用起始位和停止位表示数据帧的开始和结束
加上起始位/停止位，这一个字节数据不止8位
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使用场景
计算机与外部设备通信，如计算机和蓝牙模块、无线模块等
适用于速率有限，简单的点对点通信
SPI
串行（单向只有一根数据线发送数据）、同步（有时钟线）、全双工（收发在不同线上）
速率受信号干扰布线长度等外部环境影响
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信号线与连接方式
- MOSI（Master Out Slave In）
- MISO（Master In Slave Out）
- SCLK（Serial Clock）
- CS/SS（Chip Select / Slave Select）
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通信结构
主从式：1对多
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信号类型与抗干扰能力
单端信号（相对GND）；抗干扰能力有限
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数据通信格式
因为有片选线，时钟线，因此没有一帧的概念；通过数据线和时钟线配合完成通讯
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设备选择
单主设备：使用片选信号线（SS）
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使用场景
高速数据传输，如读取SD卡等
适用于高速数据传输，一主多从的情况
IIC
串行（单向只有一根数据线发送数据）、同步（有时钟线）、半双工（收发在同一根线上）
速率受总线负载、线缆长度、设备数量等外部环境影响
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信号线与连接方式
- SDA（Serial data）
- SCL（Serial clock line）
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通信结构
多主多从：多对多
多个主设备可同时尝试访问总线，由总线仲裁机制确定谁可以获得总线控制权
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信号类型与抗干扰能力
单端信号（相对GND）；抗干扰能力有限
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数据通信格式
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开始信号
SCL保持高电平，SDA由高电平变为低电平后，延时(>4.7us)，SCL变为低电平。
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停止信号
SCL保持高电平。SDA由低电平变为高电平
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应答信号
主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答
低电平0表示应答，1表示非应答
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数据传送
IIC信号在数据传输过程中，当SCL=1高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有电平跳变
只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化
其中ACK应答由从机产生，其余均由主机产生
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使用场景
与低速设备通信，如单片机与低速外设（温度传感器等）
适用于低速通信应用，多主多从的情况
CAN
串行（差分信号，近似一根线发送数据）、异步（无时钟线）、半双工（收发都在差分信号线上）
通信速率相对较低，长距离
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信号线与连接方式
- CAN_High
- CAN_Low
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通信结构
多主多从：多对多
所有节点均平等，任何节点都可作为主节点，发送的数据可广播到其它所有节点
当多个主节点都尝试发送消息时，由can协议的仲裁机制来避免冲突
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信号类型与抗干扰能力
差分信号；抗干扰能力较强
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数据通信格式
较复杂，使用时注意波特率等；详情另行查阅
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应用场景
多个控制单元之间通信，如汽车
适用于长距离、抗干扰要求高、多主多从的情况
文章主要参考：
串口的认识(COM接口)_com串口-CSDN博客
SPI原理超详细讲解—值得一看-CSDN博客
IIC原理超详细讲解—值得一看-CSDN博客
秀！靠这篇我竟然2天理解了CAN协议！实战STM32F4 CAN！_程序获取 can协议所有id-CSDN博客
【一看就懂】UART、IIC、SPI、CAN四种通讯协议对比介绍_uart、can、spi、i2c通信协议-CSDN博客