學習筆記–STM32常用協議總結

文章目錄

• 學習筆記--STM32常用協議總結
• • 1. One-Wire：一根數據線
  • 2. I2C協議：時鐘線(SCL)和數據線(SDA)
  • 3. UART串口：DB9接口為標準接口，其中(GND,RXD/TXD)必不可少
  • 4. SPI協議：MISO、MOSI、SCK、CS

STM32常用的協議根據外設連接的總線數量不同可以分為：

1根線: One-Wire/一線協議，比如DHT11溫濕度傳感器，DS18B20溫度傳感器；
2根線：I2C協議，比如SHT30溫濕度傳感器，OLED顯示屏；
3根線：UART/串口協議，比如GPS，NB-IoT；
4根線：SPI協議，比如NFC，LoRa。

1. One-Wire：一根數據線

DHT11:
總線空閑時保持高電平，內置上拉電阻
傳輸時序：

通信過程：

DHT11上電后(DHT11 上電后要等待1S以越過不穩定狀態在此期間不能發送任何指令)，測試環境溫濕度數據，并記錄數據，同時DHT11的DATA數據線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時DHT11的DATA引腳處于輸入狀態，時刻檢測外部信號。

微處理器的I/0設置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于18ms(最大不得超過30ms)，然后微處理器的I/0設置為輸入狀態，由于上拉電阻，微處理器的I/0即DHT11的DATA數據線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號。發送信號如下圖所示:

DHT11的DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后DHT11的DATA引腳處于輸出狀態，輸出81-85微秒的低電平作為應答信號，緊接著輸出86-88微秒的高電平通知外設準備接收數據，微處理器的I/0此時處于輸入狀態，檢測到I/0有低電平(DHT11回應信號)后，等待86-88微秒的高電平后的數據接收，發送信號如下圖所示:

由DHT11的DATA引腳輸出40位數據，微處理器根據I/0電平的變化接收40位數據，位數據“0”的格式為: 54微秒的低電平和23- 27微秒的高電平，位數據“1”的格式為: 54微秒的低電平加68-74微秒的高電平。位數據“0”，“1” 格式信號如下圖所示:

結束信號:
DHT11的DATA引腳輸出40位數據后，繼續輸出低電平54微秒后轉為輸入狀態，由于上拉電阻隨之變為高電平。但DHT11內部重測環境溫濕度數據，并記錄數據，等待外部信號的到來。

DS18B20:
復位和應答時序：
單總線上的所有通信都是以初始化序列開始，總線空閑狀態都被上拉電阻拉為高電平；主機輸出低電平，保持至少為480us，產生復位脈沖。接著主機釋放總線，上拉電阻將總線拉為高電平，延時15-60us，進入接收模式。這時DS18B20拉低總線60-240us，產生低電平應答脈沖，然后釋放總線。

寫時序：
總線控制器通過控制單總線高低電平持續時間從而把邏輯1或0寫DS18B20中，每次只傳輸1位數據。

單片機想要給DS18B20寫入一個0時，需要將單片機引腳拉低，保持低電平時間要在60~120us之間，然后釋放總線。
單片機想要給DS18B20寫入一個1時，需要將單片機引腳拉低，拉低時間需要大于1us，然后在15us內拉高總線.。

在寫時序起始后15us到60us期間，DS18B20處于采樣單總線電平狀態。如果在此期間總線為高電平，則向DS18B20寫入1；如果總線為低電平，則向DSl8B20寫入0。

注意：2次寫周期之間至少間隔1us

主機向DS18B20寫入的功能命令：
ROM指令：
采用多個DS18B20時，需要寫ROM指令來控制總線上的某個DS18B20，如果是單個DS18B20，直接寫跳過ROM指令0xCC即可。

RAM指令：
DS18B20在獲取溫度之后會存放在內部的RAM里面，需要控制端使用相應的指令才能對RAM進行操作。
讀取溫度 0xBE，讀取高速暫存器存儲的數據。
溫度轉換 0x44，開啟溫度讀取轉換，讀取好的溫度會存儲在高速暫存器的第0個和第一個字節中。

讀時序：
讀時隙由主機拉低總線電平至少1us然后再釋放總線，讀取DS18B20發送過來的1或者0。DS18B20在檢測到總線被拉低1微秒后，便開始送出數據，若是要送出0就把總線拉為低電平直到讀周期結束。若要送出1則釋放總線為高電平。

注意：所有讀時隙必須至少需要60us，讀寫都是LSB順序，也就是先讀取高速暫存器的第0個字節(溫度的低8位)，在讀取高速暫存器的第1個字節(溫度的高8位) ，我們正常使用DS18B20讀取溫度讀取兩個溫度字節即可。

2. I2C協議：時鐘線(SCL)和數據線(SDA)

通信時序：
在I2C總線上傳送的每一位數據都由一個同步時鐘脈沖想對應，即在SCL串行時鐘的配合下，數據在SDA上從高位向低位依次串行傳送每一位的數據。

起始位和結束位：
I2C總線在空閑時SDA和SCL都處于高電平狀態(由上拉電阻拉高)，當主設備要開始一次I2C通信時就發送一個START信號，告訴從設備要開始通信，通信結束時，發送一個STOP信號，告訴從設備結束本次通信。

I2C讀寫地址：
一個I2C總線上可以有多個從設備，主設備通過物理地址確定和哪個從設備通信，從設備的物理地址由內部電路決定。
主機在發送START信號之后，第二個時序應該立刻給出要通信從設備的物理地址。此外，I2C總線是一種能夠實現半雙工通信的同步串行通信協議，主設備應該具有讀/寫能力。
因此，I2C的讀寫地址除了7bit的物理地址以外，還有1bit標識讀/寫方向。所以I2C的讀寫地址一般為1Byte，高7位為物理地址，最低位為讀寫方向位。(0為寫，1為讀)

I2C應答信號：
主機在發送I2C通信請求之后，對應物理地址的從設備會回應一個ACK應答信號。

此外，主/從設備在之后的通信過程中，數據接收方收到傳輸的一個字節數據后，需要給出ACK回應，此時處在第九個時鐘周期，發送端釋放SDA總線，將SDA電平拉高，由接收方控制。

繼續通信：回應ACK信號，即SDA為低電平；
結束通信：回應NACK信號，即SDA為高電平。

數據位收發：
主設備在收到從設備應答信號之后，開始給從設備發送數據。SDA數據線上的每個字節必須是8bit，每次傳輸的總字節數沒有限制，每個字節發送完成后，必須跟著一個應答信號。

I2C總線通信時數據傳輸采用MSB方式發送，高電平表示1，低電平表示0。當傳輸的數據位需要改變時，比如現在發送的為1，下一個發送為0，必須要在SCL為低電平期間改變，此外，在傳輸過程中，SDA上的數據位在SCL高電平期間必須保持穩定不變，因為防止誤發開始/停止信號，引起數據錯亂。

SHT30:
采用I2C協議的溫濕度傳感器，通信時序：

3. UART串口：DB9接口為標準接口，其中(GND,RXD/TXD)必不可少

注意UART和USART的區別在于前者只支持異步通信，而后者支持異步/同步通信，目前使用主要是異步通信模式。
各個引腳的作用如下：

現在大多數使用的是USB轉串口的設備，縮小了串口的體積。

串口通信基本原理：
串口通信最少使用GND和一根信號線可以完成單工通信，比如GPS；大部分串口通信都是3根線(GND,RXD,TXD)實現全雙工通信。

串口通信時序：
串口通信時，收發是按周期進行的，每個周期傳輸N個二進制位。這一個周期就叫做一個通信單元。一個通信單元由起始位+數據位+奇偶校驗位+停止位構成。

波特率：
在電子通信領域，波特率為調制速率，指的是有效數據訊號調制載波的速率，即單位時間內載波調制狀態變化的次數。

串口通信是一種異步通信方式，收發雙方并沒有同步時鐘來約定一個bit的數據收發維持電平多長時間，這樣只能靠收發雙方的速率來同步收發數據，這個速率就是波特率，單位為bps(bit period second)。

常用的速率為115200(3G/4G/調試串口)、9600(NB-IoT/GPS)、4800等，收發雙方保持一致即可。

起始位：
表示發送方要開始發送一個通信單元。總線空閑時維持高電平，一旦產生一個下降沿變為低電平表示起始信號。

數據位：
表示一個通信單元中有效信息位，一次發送多少位有效數據是可以設定的(6,7,8,9，一般選擇8位)。

奇偶校驗位：
用來校驗數據位，分為奇校驗和偶校驗：
奇校驗保證傳輸過程中1的個數為奇數，偶校驗保證傳輸過程中1的個數為偶數。

停止位：
收發雙方本單元通信結束的標志，由通信線上的電平變化來反映。常見的有1位/1.5位/2位停止位等，一般用1位停止位。

TTL與RS232電平：
電平信號是信號線電平減去GND電平的差值，這個電壓差決定了傳輸的是1還是0；

TTL電平(MCU或者芯片電平)標準規定：高電平為5V（51單片機）或者3.3V（ARM）表示1，0V表示0；
RS232電平標準規定：-15V至-3V表示1，+3V至+15V表示0；

顯然TTL是芯片的串口直接出的電平，適合距離近干擾小的情況；設備與設備之間的遠距離通信因為壓降和干擾等因素需要使用RS232電平，但它的通信距離一般也小于15M；

4. SPI協議：MISO、MOSI、SCK、CS

SPI是一種同步串行全雙工的接口技術，速度快，效率高。通常為一個主設備(Master)和一個或者多個從設備(Slave)構成，主設備通過片選端選擇一個從設備進行通信。由四根線構成：MISO(Master input Slave output)，MOSI，CLK(時鐘)，CS(片選)。但其在傳輸數據時沒有像I2C協議有應答機制，在數據的可靠性傳輸上有一定缺陷。

SPI 傳輸模式:
SPI共有四種傳輸模式，由CPOL(時鐘極性，表示空閑時為低電平還是高電平)和CPHA(時鐘相位，表示從結束空閑狀態開始第幾個跳變沿開始采樣數據)決定。

模式0：CPOL=0,CPHA=0。SCK串行時鐘線空閑是低電平。在SCK的上升沿采樣數據，在SCK下降沿切換。
模式1：CPOL=0,CPHA=1。SCK串行時鐘線空閑是低電平。在SCK的下降沿采樣數據，在SCK上升沿切換。
模式2：CPOL=1,CPHA=0。SCK串行時鐘線空閑是高電平。在SCK的下降沿采樣數據，在SCK上升沿切換。
模式3：CPOL=1,CPHA=1。SCK串行時鐘線空閑是高電平。在SCK的上升沿采樣數據，在SCK下降沿切換。
常用的是模式0和3；

注意在數據傳輸過程中，One-Wire的DHT11是MSB，DS18B20是LSB，I2C是高位先行(MSB)，UART是低位先行(LSB)，SPI協議可選擇使用MSB還是LSB。

SPI數據交換:
主設備通過拉低相應的NSS(片選)引腳選擇相應的從設備進行通信，通信完成后再拉高相應的片選引腳，雙方通過交換各自移位寄存器里的數據完成數據交換。主設備的讀和寫都是這樣一種數據交換的模式。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32--学习笔记 常用协议总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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