单片机通信协议方式有哪几种？图解分析

单片机通信协议是指单片机之间进行数据传输时所遵循的规则和标准。通信协议的设计和实现是保证单片机之间可靠通信的关键。常见的单片机通信协议包括串口通信协议、I2C总线协议、SPI总线协议等。串口通信协议是单片机之间最常见的通信方式，包括硬件部分和软件部分两个方面。硬件部分主要指串口接口电路，而软件部分主要指数据传输格式和控制流程。

单片机通信协议方式主要有以下几种：

UART(通用异步收发器)：一种全双工通信协议，速率较慢，适用于近距离通信，通常用于单片机和计算机之间的通信。UART通信协议的基本工作原理，发送方和接收方之间通过两根线(一根用于发送数据，一根用于接收数据)进行通信。在发送数据时，发送方将数据按照一定的格式(通常是起始位、数据位、可选的校验位和停止位)发送到接收方;在接收数据时，接收方按照同样的格式接收数据，并进行校验和处理。

UART通信协议的优点，简单、灵活、易于实现、成本低等。它广泛应用于各种嵌入式系统和计算机外设中，比如打印机、扫描仪、摄像头等。同时，UART也是很多其他通信协议的基础，比如RS-232、RS-485等。

I2C(双向、两线、串行、多主控接口标准)：一种半双工通信协议，速率较快，适用于近距离通信，通常用于单片机和外设之间的通信。I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线，该总线由 NXP(原 PHILIPS)公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

I2C只要求两条总线线路，一条是串行数据线SDA，一条是串行时钟线SCL,(IIC 是半双工，而不是全双工)。每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。IIC 是真正的多主机总线，(而这个 SPI 在每次通信前都需要把主机定死，而 IIC 可以在通讯过程中，改变主机)，如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。传输速率在标准模式下可以达到 100kb/s,快速模式下可以达到 400kb/s。

SPI(高速同步串行口)：一种全双工通信协议，速率较快，适用于近距离通信，通常用于单片机和外设之间的通信。通常 SPI 通信要求 4 根线，分别是 MOSI(mast output salve input), MISO, CLK, CS。当发送和接受数据的工作都准备好了，只要有时钟 CLK,就发送数据，没有时钟就不发送，而且一个时钟周期发送一位(bit)数据，所以发送数据的快慢由时钟频率来控制。

至于时钟和数据的相位没有特别严格的要求(而 IIC 中，数据的变化只能在 SCL 是低电平的时候发生)， SPI数据的变化是一个时钟周期一次，这样的方法来传输数据就简单多了。我们可以根据需求对时钟的极性和相位做调整，看看是在时钟上升沿还是下降沿来发送数据，还有停止发送时时钟的极性，是保持高电平还是低电平。另外在多机通信时， SPI 只是简单的通过一个片选信号来选择哪个设备占用总线，但是 IIC 是通过发送从设备地址来自动选择的。

USB(高速同步串行口)：一种全双工通信协议，速率较快，适用于近距离和远距离通信，通常用于单片机和计算机之间的通信。在单片机应用中，可以使用专门的USB芯片来实现与计算机的通信，例如CH340、FT232等。这些芯片内置了USB通信协议，可以方便地与单片机进行连接和通信。同时，也可以使用一些开源的USB库或驱动程序来简化开发过程。

CAN(控制器局域网)：一种全双工通信协议，速率较快，适用于远距离通信，通常用于汽车和工业自动化领域的通信。CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准(ISO 11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美 和西欧， CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以 CAN 为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939 协议。

DMA(直接内存访问)：一种通过外部设备直接访问内存的技术，通常用于高速数据传输，如音频和视频数据的传输。

在设计通信协议时，需要考虑到数据的可靠性、实用性和兼容性等原则，以确保单片机之间能够进行可靠的数据传输。例如，可以采用校验和、错误重传等技术来提高数据的可靠性;尽量简化协议，减少不必要的操作，以提高实用性;同时要考虑到不同型号、不同厂家的单片机之间的兼容性问题，尽可能遵循标准化的通信协议。单片机通信协议是单片机应用中的重要技术之一，需要根据具体应用场景选择合适的通信协议，并进行详细的设计和实现。