常见的作为外部总线的串行总线有USB(通用串行总线)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路总线)和UART(通用异步收发传输器)等,它们的区别主要体现在以下几个方面:
USB:采用分层的协议架构,包括事务层、数据包层、帧层等,通信过程较为复杂,支持多种传输类型,如控制传输、批量传输、中断传输和等时传输,适用于多种设备连接和不同类型数据的传输。
SPI:主设备通过时钟信号同步数据传输,有4根线,分别是时钟线(SCK)、主机输出从机输入线(MOSI)、主机输入从机输出线(MISO)和片选线(CS)。数据传输是全双工的,主设备发送数据的同时也可以接收数据。
I2C:使用两根线,即串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL),采用半双工通信方式,数据传输以字节为单位,总线上的设备通过唯一的地址进行识别和通信。
UART:采用异步通信方式,没有时钟线,靠约定的波特率来实现数据的同步。数据以帧为单位传输,一帧数据通常包含起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。
USB:传输速度有多种标准,USB 1.1为低速(1.5Mbps)和全速(12Mbps),USB 2.0为高速(480Mbps),USB 3.0及以上可达超高速,如USB 3.2 Gen2x2可达20Gbps。
SPI:传输速度较快,一般可达几Mbps到几十Mbps,具体速度取决于设备和时钟频率,在一些高速应用中可达到50Mbps甚至更高。
I2C:速度相对较慢,标准模式下为100kbps,快速模式为400kbps,高速模式可达3.4Mbps,主要用于连接对速度要求不高的设备。
UART:传输速度相对较低,常见的波特率有9600bps、115200bps等,一般用于低速数据传输场景,不过也有一些可达到较高波特率用于特定应用。
USB:采用主机-设备的星型拓扑结构,主机作为中心节点,通过集线器可连接多个设备,最多可支持127个设备。
SPI:通常是一个主设备和多个从设备连接,主设备通过片选线分别选择不同的从设备进行通信,各从设备的数据线和时钟线分别与主设备相应引脚相连。
I2C:所有设备都连接到同一组SDA和SCL线上,构成多主多从的总线结构,总线上的设备数量受总线电容和驱动能力限制,一般不超过100个。
UART:一般是点对点的连接方式,即一个发送端连接一个接收端,若要实现多设备通信,需要额外的电路或协议来进行扩展。
USB:广泛应用于计算机外设、消费电子设备等,如鼠标、键盘、打印机、移动存储设备、手机充电和数据传输等,适用于需要热插拔和快速数据传输的场合。
SPI:常用于连接高速外设,如闪存芯片、数字信号处理器(DSP)、传感器等,在对数据传输速度要求较高且设备之间距离较短的场景中应用较多。
I2C:常用于连接低速外设,如EEPROM、实时时钟芯片、传感器等,在电路板内部的芯片间通信中应用广泛,特别是需要多设备共享总线且通信速度要求不高的情况。
UART:常用于与外部设备进行简单的数据通信,如与调制解调器、GPS模块、蓝牙模块等通信,也用于设备的调试输出,如打印日志信息等。