UART、IIC、SPI、CAN四种通信协议对比
| 通信方式 | 传输线 | 通讯方式 | 标准传输速度 | 使用场景 |
|---|---|---|---|---|
| UART | TX(发送数据线)、RX(接收数据线) | 串行、异步、全双工 | 115.2 kbit/s(常用) | 计算机和外部设备通信（打印机） |
| IIC | SCL(时钟线)、SDA(数据线) | 串行、同步、半双工 | 100 kbit/s(标准模式) | 低速设备（传感器） |
| SPI | CS（片选）、MOSI（主发从收）、 MISO（从发主收）、CLK（时钟） | 串行、同步、全双工 | 无官方标准(50Mbps) | 高速数据传输（显示器） |
| CAN | CAN_High、CAN_Low | 串行、异步、半双工 | 4kbit/s~1mbit/s | 汽车、工业控制 |
个人理解，简单说一下这四种通讯方式的区别
- UART：简单方便，只需要TX、RX线两两相连，即可通讯。缺点是只能供两个设备之间通讯，假如想实现三个设备之间的通讯，UART就不能用了。
- IIC：多设备通讯，相较于UART两个设备之间的通讯，IIC可以实现多个设备之间的通信，通讯时一般是一个主设备，多个从设备，主设备用来控制通讯的开始和中断，需要发送地址位来确定与哪个设备建立通讯，同时为了保证通信正确传输到从机，每次需要从机应答，才会继续传输，这导致通讯速率较低。
- SPI：速度快，使用四根线完成通信，使用CS片选线选择通讯的对象。相较于IIC，无需发送通讯地址，也不需要从机发送应答信号，这就能大大提升通讯效率，但是缺点是占用4条线，消耗的资源比IIC多。
- CAN：安全第一，为了保证传输的安全性，相较于前面三种方法，使用了大量的手段保证数据及时、准确的传输。同时使用识别码，解决总线冲突的问题。这保证的优先级高的设备，先通讯。这也是为什么CAN能够用于工业、汽车等需要安全性高的领域。
一. UART
简介：Universal Asynchronous Receiver Transmitter 即通用异步收发器，是一种通用的串行、异步通信总线该总线有两条数据线，可以实现全双工的发送。在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。
硬件连接：
UART只能是两个设备之间的通信，两个设备的发送器和接收器的TX和RX两两相连即可。
帧格式：
- 起始位：用一位逻辑0表示帧的开始
- 数据位：可以有5~8位
- 校验位：采用奇校验或偶校验的方式，用来检错，如果检测出错误，可以让发送设备重发
- 停止位，用1~2位的逻辑1表示帧的结束
值得一提的是，UART只是一种通信协议，需要发送器和接收器提前约定好帧格式和通信速率、奇偶校验、每帧数据位数，才能正常通讯。其电器属性，UART并没有规定，为了完善通讯协议，后面又对UART做了完善，现在普遍使用RS232和RS485两种协议。
- RS232：
电器特性：逻辑“1”为-5V ~-15V，逻辑“0”为+5V~+15V。
传输距离：传送距离一般可达15m。 - RS485：
电器特性：采用差分信号做数据传输，逻辑“1”为+2V ~+6V，逻辑“0”为-2V~-6V。
传输距离：0传送距离一般可达1500m。
二、IIC
简介：IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的串行通信总线协议，也被称为I2C（Inter-IC）总线。它由飞利浦（Philips）公司在20世纪80年代开发，并成为一种广泛应用于数字集成电路之间的通信标准，相较于UART，IIC可以组成一个网络，实现多个设备之间的通讯。
硬件链接：
每个通讯设备分别使用两根线，SCL(时钟线)、SDA(信号线)挂载在IIC总线上，挂载方式如下。
帧格式
- 起始信号：SCL为高电平时，SDA从高电平到低电平的变化表示帧起始。
- 设备地址：用7位逻辑信号，表示从设备的地址码，每个从设备的地址码唯一。
- 读写数据位：写数据置为0，读数据置为1。
- 应答信号：从机发给主机的应答信号，如果从机成功接收到主机发送的信号，发送0。没有收到发送1。
- 传输数据：传输数据8个时钟周期为一组，也就是一个字节，每发送一个字节，需要接受方发送一次应答信号，表示数据成功接收或失败。
- 终止信号：SCL为高电平时，SDA从低电平到高电平的变化表示帧起始。
三、SPI
简介：SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口) 是串行外设接口的缩写，SPI是一种高速、全双工、同步的串行通信总线；采用主从方式工作，一般一个主设备，多个从设备；SPI需要四根线，分别是MISO(主输入从输出)、MOSI(主输出从输入)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
硬件连接：
帧格式
SPI与其他通信方式不同，因为有片选线，所以并不需要有地址位，起始位、结束位等，没有一帧这个概念。只需要数据线和时钟线配合，即可完成通讯。
一个字节传送完成后，无需应答，即可开始下一个字节的传送；采用同步方式工作，时钟线在上升沿或下降沿时，发送器向数据线上发送数据，在紧接的下降沿会上升沿读取数据，八个时钟即可完成一个字节的数据传送。无需接收方应答。
四、CAN
CAN(Controller Area Network Bus)控制器局域网总线，最主要应用与汽车和工业控制领域，实现多个ECU之间的相互通信，使用差分信号进行通讯。两条线压差为0V表示逻辑1，压差2V表示逻辑0
帧格式
- 起始位：用1位逻辑0表示帧的开始
- 识别码：每一个设备都有属于自己的11位识别码，用于确认发送设备的身份。识别码不光用来确认身份，还可以用来决定发送的优先级，举个例字：如果两个信号同时占用总线，那么会产生冲突，这时，识别码就起作用了，识别码位数高的，会优先发送，识别码低的停止发送信号
- 控制码：第一位是IDE位，用来决定是否使用扩展帧，后四位是DLC位，用四位二进制来表示数据码的长度，比如DLC为“0001”，表示数据码长度为1个字节；DLC为“0011”，则表示数据码长度为3个字节。所以数据码的长度为1~8个字节
- 数据码：用来传输数据，数据码的范围为长度为1~8个字节
- CRC位：15位CRC循环冗余码，用来纠错，如果错了，从新发送数据
- ACK确认槽，接收端发送信号，表示接收到数据了
- 结束位，用7位逻辑1表示帧的结束
资料来源：
1.爱上半导体
2.SPI、UART、RS232、RS485、IIC 5种嵌入式经典通信总线协议精讲
