串口通信

UART、I2C、SPI、USB的异同点 #通信协议#​​​​​

名称	引脚	双工	时钟	电平	设备	通信距离	传输速率
USART	TX、RX	全双工	异步	单端	点对点	远（最多1200m）	慢（波特率设置）
I2C	SCL、SDA	半双工	同步	单端	多设备（一主多从，寻址）	近	慢
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工	同步	单端	多设备（一主多从，片选 选从机）	远	快
CAN	CAN_H、CAN_L	半双工	异步	差分	多设备（多主机）
USB	DP、DM	半双工	异步	差分	点对点	近	快

• 单端电平：指电平高低根据对GND的电位差确定，通信双方必须共地才可通信

• 差分电平：无需共地，抗干扰能力强

• 异步通信没有时钟线，需要双方约定一个采样频率，并添加帧头帧尾等进行采样位置的对齐

• UART：通用异步串行口，速率不快，可全双工，结构上一般由波特率产生器、UART发送器、UART接收器组成，硬件上两线，一收一发；

• IIC：双向、两线、串行、多主控接口标准。速率不快，半双工，同步接口，具有总线仲裁机制，非常适合器件间近距离经常性数据通信，可实现设备组网；

• SPI：高速同步串行口，高速，可全双工，收发独立，同步接口，可实现多个SPI设备互联，硬件3~4线；

• USB通用串行总线，高速，半双工，由主机、hub、设备组成。设备可以与下级hub相连构成星型结构。

• 串口对比图（老）

  • ​​

同步通讯和异步通讯的区别

异步通信

• 优点：节省一根时钟线

• 缺点：对时钟要求严格，对硬件电路的依赖比较严重

同步通信

• 优点：对时间要求不严格，对硬件电路不怎么依赖，可以使用软件模拟时序

• 缺点：多一根时钟线

UART

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器。比UART（通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)）多了个同步通信功能

• USART的同步时钟信号只能输出，不能输入。所以其同步模式更多是未来兼容其他协议而设计的，不支持两个USART之间进行同步通信。我们一般只使用异步通信

  • 时钟可以模拟SPI，或者根据周期测量波特率

• 硬件自动处理收发寄存器中的值，发送/接收时自动添加/删除起始、停止位。

  • USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里

通信双方的波特率需一致，代表码元传输速率，即通信速度。波特率越高，传输速度越快，距离越短

• 自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s

• 可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）

• 可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）

• 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN

当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

• 电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

  • TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0

  • RS232电平：-3 ~ -15V表示1，+3 ~ +15V表示0

  • RS485电平：两线压差+2 ~ +6V表示1，-2 ~ -6V表示0（差分信号）

STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

通信协议

空闲电平为高电平，起始位拉低电平，停止位置高电平

• 波特率：串口通信的速率

• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平

• 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行

• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来 奇偶校验码

• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

​

一般选择 8位字长（无校验） or 9位字长（有校验）。这样每帧的有效载荷都是1字节

USART框图

​

• 流控：控制传输速度，避免发送方发送过快，接收方来不及接收

  • TX与CTS是一对，RX与RTS是一对

  • 来不及接收时，接收方RTS置高电平，发送方的CTS收到后就会暂停发送

• 唤醒单元：用来实现多设备通讯，有寻址功能

USART基本结构

​​

串口工作的三种方式

1. 查询：不断地循环查询标志，看看当前有没有数据要它传送或接收，有的话进行相应的操作

2. 中断：如果发现有一个中断来，则意味着有数据需要接收（接收中断）或数据已经发送完成（发送中断），最常用

3. DMA：设置好DMA工作方式（接收和发送缓冲位置），由DMA来自动接收或发送数据，可以最小化占用CPU时间

数据包封装

HEX数据包：传输原始数据

• 优点：数据解析简单，比较适合模块发送原始数据，如陀螺仪、温湿度传感器。

• 缺点：灵活性不足，载荷容易与包头包尾重复

• 格式
  ​​

• 接收过程（使用状态机思想）
  ​​

文本数据包：

• 优点：数据直观易理解，适合输入指令与人机交互的场合。如蓝牙模块的AT指令。

• 缺点：解析效率低

• 格式
  ​​

• 接收过程
  ​​

常用函数

void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx);
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
void USART_StructInit(USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
void USART_ClockInit(USART_TypeDef* USARTx, USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct); // 时钟输出设置
void USART_ClockStructInit(USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct); // 时钟输出设置
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState); // 中断
void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState); // DMA

// 发送 及 接收数据（读写寄存器）
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);

// 读写标志位
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

基于HAL库

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代码实例

串口发送

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h" // 封装sprintf


// 使用USART1，PA9为TX，PA10为RX
void Serial_Init(void) {
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = ;
//	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
//	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
//	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	// 配置串口发送
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 直接写波特率数值，Init函数自动算好对应的分频系数
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
} 

void Serial_SentByte(uint8_t Byte) {
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 看手册得知不需手动清零，下一次发送时，该标志位会自动清零
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) {
	for (uint16_t i = 0; i < Length; i++) {
		Serial_SentByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char* String) {
	for (uint16_t i = 0; i < String[i] != '\0'; i++) {
		Serial_SentByte(String[i]);
	}
}

// 返回X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) {
	uint32_t Result = 1;
	while (Y--) {
		Result *= X;
	}
	return Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) {
	for (uint16_t i = 0; i < Length; i++) {
		Serial_SentByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}

// fputc 是 printf 的底层函数，次数重写fputc，实现printf重定向输出到串口的功能
int fputc(int ch, FILE *f) {
	Serial_SentByte(ch);
	return ch;
}

// 对sprintf函数的封装
void Serial_Printf(char *format, ...) {
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

在main.c中

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"   
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"

int main() {

	OLED_Init();
	Serial_Init();

//	uint8_t Arr[] = {97,98, 99, 100};

	while(1) {
//		Serial_SendArray(Arr, 4);
//		Serial_SendString("Hello~\r\n");
//		Serial_SendNumber(12345, 6);
	
		// 重定向printf到串口1
//		printf("Num = %d \r\n", 666);
	
//		char String[100];
//		sprintf(String, "Num = %d \r\n", 777);
//		Serial_SendString(String);
	
		Serial_Printf("Num = %d \r\n", 888);
	
		Serial_Printf("你好世界\r\n");
	
		Delay_ms(1000);

	}
}

注意：要想显示汉字不乱码，两边编码格式必须一样（如都是UTF-8），且项目设置C/C++​中加上选项--no-multibyte-chars​

​

串口发送接收

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h" // 封装sprintf

uint8_t Serial_RxData, Serial_RxFlag;

// 使用USART1，PA9为TX，PA10为RX
void Serial_Init(void) {
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入（浮空也可）
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	// 配置串口发送
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 直接写波特率数值，Init函数自动算好对应的分频系数
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 发送 + 接收
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

	// 开启中断
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 接收数据触发中断

	// 配置NVIC （misc.h）
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
} 

void Serial_SentByte(uint8_t Byte) {
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 看手册得知不需手动清零，下一次发送时，该标志位会自动清零
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) {
	for (uint16_t i = 0; i < Length; i++) {
		Serial_SentByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char* String) {
	for (uint16_t i = 0; i < String[i] != '\0'; i++) {
		Serial_SentByte(String[i]);
	}
}

// 返回X的Y次方
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) {
	uint32_t Result = 1;
	while (Y--) {
		Result *= X;
	}
	return Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) {
	for (uint16_t i = 0; i < Length; i++) {
		Serial_SentByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}

// fputc 是 printf 的底层函数，次数重写fputc，实现printf重定向输出到串口的功能
int fputc(int ch, FILE *f) {
	Serial_SentByte(ch);
	return ch;
}

// 对sprintf函数的封装
void Serial_Printf(char *format, ...) {
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

uint8_t Serial_GetRxFlag(void) {
	if (Serial_RxFlag == 1) {
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

uint8_t Serial_GetRxData(void) {
	return Serial_RxData;
}

void USART1_IRQHandler(void) {
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) {
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		Serial_RxFlag = 1;
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"   
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"

uint8_t RxData;

int main() {

	OLED_Init();
	Serial_Init();

//	uint8_t Arr[] = {97,98, 99, 100};

	while(1) {

		// 查询方式 接收
//		if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == SET) {
//			RxData = USART_ReceiveData(USART1);
//			OLED_ShowHexNum(1, 1, RxData, 2);
//		}
		if (Serial_GetRxFlag() == 1) {
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SentByte(RxData);
			OLED_ShowHexNum(1, 1, RxData, 2);
		}
	}
}

串口收发HEX数据包（定长）

uint8_t Serial_TxPacket[4];				//FF 01 02 03 04 FE
uint8_t Serial_RxPacket[4]; // Tx和Rx缓冲区均声明为全局变量
uint8_t Serial_RxFlag;

// 自动加上包头包尾发送
void Serial_SendPacket(void) {
	Serial_SendByte(0xFF);
	Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4);
	Serial_SendByte(0xFE);
}

uint8_t Serial_GetRxFlag(void) {
	if (Serial_RxFlag == 1) {
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

void USART1_IRQHandler(void) {
	static uint8_t RxState = 0; // 状态码S
	static uint8_t pRxPacket = 0; // 接收的长度
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) {
		uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);
	
		if (RxState == 0) {
			pRxPacket = 0; // 重置接收的长度
			if (RxData == 0xFF) RxState = 1;
		} else if (RxState == 1) {
			Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;
			pRxPacket++;
			if (pRxPacket >= 4) RxState = 2;
		} else if (RxState == 2) {
			if (RxData == 0xFE) RxState = 0;
			Serial_RxFlag = 1;
		}
	
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

串口收发文本数据包（不定长）

效果：解析不定长文本数据包，若收到“@LED_ON\r\n”则点亮LED，并返回“LED_ON_OK\r\n”给串口

// 作为全局变量，在Serial.h中需声明为extren
char Serial_RxPacket[100]; // 接收数据包
uint8_t Serial_RxFlag;

// 状态机接收数据包
void USART1_IRQHandler(void) {
	static uint8_t RxState = 0; // 状态码S
	static uint8_t pRxPacket = 0; // 接收的长度
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) {
		uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);

		if (RxState == 0) {
			if (RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0) { // Serial_RxFlag为0时才开始接收，避免旧数据包被覆盖
				RxState = 1;
				pRxPacket = 0; // 重置接收的长度
			}
		} else if (RxState == 1) {
			if (RxData == '\r') {
				RxState = 2;
			} else {
				Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;
				pRxPacket++;
			}
	
		} else if (RxState == 2) {
			if (RxData == '\n') {
				RxState = 0;
				Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0'; // 添加字符串结束位
				Serial_RxFlag = 1; // 消息解析完成后才置1
			}
		}

		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

main.c中

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
#include "LED.h"
#include "string.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	LED_Init();
	Serial_Init();

	OLED_ShowString(1, 1, "TxPacket");
	OLED_ShowString(3, 1, "RxPacket");

	while (1)
	{
		if (Serial_RxFlag == 1)
		{
			OLED_ShowString(4, 1, "                ");
			OLED_ShowString(4, 1, Serial_RxPacket);
		
			if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_ON") == 0)
			{
				LED1_ON();
				Serial_SendString("LED_ON_OK\r\n");
				OLED_ShowString(2, 1, "                ");
				OLED_ShowString(2, 1, "LED_ON_OK");
			}
			else if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_OFF") == 0)
			{
				LED1_OFF();
				Serial_SendString("LED_OFF_OK\r\n");
				OLED_ShowString(2, 1, "                ");
				OLED_ShowString(2, 1, "LED_OFF_OK");
			}
			else
			{
				Serial_SendString("ERROR_COMMAND\r\n");
				OLED_ShowString(2, 1, "                ");
				OLED_ShowString(2, 1, "ERROR_COMMAND");
			}
		
			Serial_RxFlag = 0;
		}
	}
}

I2C IIC

IIC（Inter-Intergrated Circuit）芯片与芯片之间的通讯

同步 半双工通信协议（两线通信，大端），带数据应答，支持挂载多设备（一主多从、多主多从）

1. SCL 时钟线：只由主设备发送，从设备接收

2. SDA 数据线：设备内部有两个引脚（发送引脚/接受引脚），它们都连接到外部的SDA线上

两种工作方式（按字节发送）

1. 主发从收（主机控制SCL和SDA）

   1. 流程：主start -> 主发地址 -> 从ACK -> [ 主发数据 -> 从ACK (循环)] -> 主stop

2. 主收从发（主控SCL，从控SDA）

   1. 流程：主start -> 从发地址 -> 主ACK -> [ 从发数据 -> 主ACK (循环)] -> 接受至最后一个字节，主NACK -> 主stop

   2. 从设备在数据未准备好时，拉低SCL

I2C总线上的器件有唯一的地址，D7~D1为从机地址（由固定部分 + 可编程部分组成，其中可编程部分决定了从机的数量），D0 为数据传输方向（0表主机发，1表主机收）

I2C总线协议

• 空闲状态：SCL 与 SDA 均为高电平；

• 启停信号：当SCL为高时，SDA由高电平变低电平（启动） or SDA低变高（停止）

  总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。
  ​

• ​发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

• 接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

• 应答信号：发送器每发一个字节，发送器总是需等待一个应答信号，在时钟信号第9个脉冲时，检查ACK信号，为1代表非应答NACK，为0代表应答ACK。

  • 从机发完数据后，若主机不应答，从机会觉得“可能主机不想要数据了”，就停止发送

• 数据有效性：靠时钟来保证，仅当SCL为低时，SDA才可被改变；当SCL为高时，SDA保持不变（每位数据的传输由SCL上升沿触发）

  ​

  • 通过总线仲裁应对同时到来的请求。​

• 数据帧格式：SDA线上每个字节必须是8位长，字节数没有限制。8位数据中，先传输最高有效位（大端MSB）传输
  ​

  • 从机地址为7位。一般从机地址前4位固定，后几位可以通过芯片外接端口置0/1

I2C时序

读写后，地址指针会自增

• 指定地址写

  • 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）
    ​
    此处从机地址为0xD0，第一个字节最后一位位0，代表写；在地址0x19写入数据0xAA

• 当前地址读

  • 对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）
    ​

  • 若主机读完给从机应答了，从机会再次读取数据（从下一个地址指针的位置）；

  • 主机在连续读写时，需要在读取的最后一个字节给非应答，让从机知道主机不想读了

• 指定地址读（复合数据帧：起始+重复起始+停止）

  • 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）
    ​​

  • Sr（Start Repeat）代表重复起始条件，相当于另起一个时序

硬件电路

​​

• 所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

• 设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

  • 为了避免电路短路（两段分别推挽输出高低电平，信号撞在一起），I2C禁止所有设备输出强上拉的高电平

  • 总线会有线与的特性，只要有一个或多个设备输出了低电平，总线就处于低电平；只有所有设备都输出高电平时总线才为高。这个特征可以执行多主机模式下的时钟同步和总线总裁

• SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

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。

24C02 存储芯片

​​

MPU6050 六轴姿态传感器

MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景

​​

• 3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度

• 3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度

MPU6050参数

• 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767

• 加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）

  • 量程选择越大，精度越低

• 陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）

• 可配置的数字低通滤波器

• 可配置的时钟源

• 可配置的采样分频

• I2C从机地址：1101000（AD0=0）or 1101001（AD0=1）

硬件电路

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• XCL、XDA：是MPU6050作为主机，连接其他从机外设（如磁力计、气压计等）而设计的，可直接读取这些外设数据，并在MPU6050内部的DMP单元，进行数据融合和姿态解算

  • 实际上，因为I2C可以挂载多设备的特性，气压计等外设也可以一起连接到SCL、SDA引脚上（此时无法使用MPU6050的解算功能）

• 左上角部分是稳压器，VCC_5V可以输入3.3V ~ 5V电压，输出稳定的3.3V，给芯片端供电

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口，用于芯片与芯片之间的通讯

一种同步的串行全双工通信协议，一般用于芯片间的通讯，一主多从，四线通信。传输时高位在前（大端）

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1. SCLK：系统时钟（同步通信协议，则需要有时钟）

   1. 设置选项：（有四种工作方式）

      1. 时钟极性（CPOL）：设置空闲时的电平

      2. 时钟相位（CPHA）：设置有效沿触发方向是第一次还是第二次有效沿触发​

2. MOSI：主发从收

3. MISO：主收从法

4. NSS（CS）：使能
   SS一般是主机的使能，CS是从机的使能

工作原理：按位循环

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读写过程

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CAN总线

Controller Area Network 控制器 域 网络，

CAN通讯 需要专门的CAN收发芯片，其负责 逻辑信号 与 物理信号（差分电平）的转换。

​#TODO#​(191条消息) CAN通信知识梳理及在Stm32上的应用（HAL库）_冬瓜~的博客-CSDN博客

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差分信号 使用两根线表示。使用差分信号（双绞线）可以避免信号干扰（受干扰时压差不变）

• 单片机发送低电平时，CAN两根线分别输出3.5V和1.5V，差值为2V，表示逻辑0

• 当信号差为0时，两根线都是2.5V，压差0V，表示逻辑1

数据帧格式

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• 起始位：都为0

• 识别码：相当于 设备地址，信号同时到来时，识别码小的优先处理

• 控制码：控制数据长度

  • IDE位：区分标准格式和扩展格式
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  • DLC：Data Link Control 数据长度代码

    • 4位二进制码表示，转换为十进制n表示数据码有n个字节

• CRC：循环冗余校验

• CRC界定符：一定为1，用于将帧区分为两个部分

  • 后两位：ACK确认码

    • 应答码：与发送方相反

    • ACK界定位：一定为1

• 结束位：7位1

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