[导读]总线的应用非常广泛，在计算机领域来说。 (1)按系统总线传输信息的方式可以分为以下三种： 1、数据总线 2、地址总线 3、控制总线 (2)按照总线的使用范围又可以分为很多很多种：比如串口通信，计算机外设通信，网络通信等等。 (3)按数据传送方式的方式可以分

总线的应用非常广泛，在计算机领域来说。

(1)按系统总线传输信息的方式可以分为以下三种：

1、数据总线

2、地址总线

3、控制总线

(2)按照总线的使用范围又可以分为很多很多种：

比如串口通信，计算机外设通信，网络通信等等。

(3)按数据传送方式的方式可以分为以下两种：

1、串行传输总线

2、并行传输总线

当然还有其它的分类，非常非常的多，所以在学习的过程中，把握主体，其它的都是从一个概念中衍生出来的。

那什么是总线呢？总线就是连接多个部件的信息传输线，是各个器件共享的传输介质。

其实不管是什么通信，本质上其实只有串行和并行。

当有很多个器件和连接到总线上时候，如果出现两个或者两个以上器件同时对总线发送信息的时候，这就势必会导致竞争关系，也就是到底谁先谁后的问题，这样会导致通信过程中信号与信号之间产生冲突，就比如说，追求一个女孩(总线)，我(器件)也喜欢她，你(器件)也喜欢她，但按照常理，她只能选一个她喜欢的，信得过得男孩，谈到合适的时候就结婚对吧？这个时候假设她已经有喜欢的男孩了，那么她就有这个男孩相关的信息，这点类比成一个ID好吧，每个追求者都是一个ID，由总线去匹配这个ID，最后才能连接。所以正是考虑到这样的原因，就有这么一个规定，在某一个时刻，只允许有一个器件向总线发送信息，而多个器件可以同时从总线上接收相同的信息，这就更好解释了，就拿刚刚说的男女关系，我(器件)和你(器件)都追求这个女孩(总线)，而现在这个女孩(总线)选择了我(器件)，那么我(器件)和女孩(总线)之间就是恋爱关系(连接)了，当你或者更多的男孩(一个器件或者多个器件)要去追求女孩(总线)的时候，她(总线)会毫不犹豫的告诉你(器件)：我有男朋友了，请你们离我远点！！！(总线发广播，告诉所有的器件，所有的器件就可以同时从总线上接收信息)。当然，他们也可以分手啊，这就不用我说了吧，自己联想，道理也是一样的。纯属个人的理解，我觉得这样适合我理解哈，如有说得不对的地方，请多多指教。

总线实际上是由许多传输线或者通路组成的，每条线可以一位一位的传输，这些位可以在规定的时间里传输完成，也可以在一定的时间内，多位同时传输；这就是串行通信和并行通信。什么是串行？简单的理解吧，串行就是一条路，一次过一辆车或者过一个人。那什么又是并行？并行就是多条路，多辆车或者多个人同时过多条路，从效率上看，并行的效率肯定比串行高，这是肯定的，毫无疑问，有点常识的人都应该知道；打个比方，你去坐地铁，没有位置的时候，你是喜欢跟别人一起挤着还是喜欢站得宽敞点舒服点？正常人肯定希望宽敞点舒服点啦，就这么个道理。那么，从成本上来讲，比如设计同样长度的传输线，这个时候，并行传输肯定比串行传输的成本要高得多了，比如修一条1000米的路成本贵一点还是修多条1000米的路成本贵一点？并行传输在这时候耗费的资源远远比串行传输要多得多了，为什么？串行传输一条线(MCU用一个IO)就可以完成多个位的传输，只是耗费的时间长而已，这是劣势。并行传输需要使用多条线(MCU使用多个IO)发送多个位，但节省了相应的时间。所以一般情况下，并行通信适合近距离传输，通常小于30m，而串行通信比并行通信更适合远距离传输，可以从几米到上千公里。

串行和并行通信的数据传送速率都与距离成反比。在短距离内，并行通信传输效率比串行通信传送的速率高很多，但随着大规模和超大规模集成电路发展，数字电路组成的逻辑驱动器件的价格相对来说价格便宜，但通信线路的费用越来越高，因此对远距离通信而言，采用串行通信的费用远远要比采用并行通信的费用要低得多。

从数据的传输方式角度来说就是串行和并行这两种，相信大家也理解了。那么从数据的通信方向来说，就会分单工，半双工，全双工。从概念上来说：

1、单工：在任何时刻都只能进行一个方向的通讯，即一个固定为发送设备，另一个固定为接收设备。

2、半双工：两个设备之间可以收发数据，但不能在同一时刻进行。

3、全双工：在同一时刻，两个设备之间可以同时收发数据。

概念一看对于不理解的人来说就难以理解，只是了解，但实际是怎么样的他可能不知道。那么举个简单的例子得了，这样大家很快就懂了。

就拿道路与交通来做个类比吧。

单工是什么？单工就类似一个只允许单方向运行的车道，在任何时刻，只允许一辆车向同一个方向走，不允许逆行。

半双工是什么？半双工就类似一条道路，在有人过来的时候，你过不去，当这个人过来了，你可以过去。

全双工是什么？全双工就类比成两条车道，同一时间，两方的车都可以走，互不干扰，互不影响。

这样的例子够形象吧，相信一看就懂了，不用解释哈哈。

传输过程中，根据数据传输的方式不同，可以分为同步和异步两种。

(1)同步，从字面上来理解，就是同一个时间内双方都在同时做一件事情，比如去公园跳广场舞吧，肯定有个领头的对吧？然后就是跟着领头一起跳舞的一群人了，他们跳舞是根据一个音乐来跳的，把握好音乐的节奏，比划不同的动作出来，这样远远一看过去，很壮观对吧，这就需要音乐和人比划的动作进行相互协调，这样才能同步。这在通信中，通常就相当于时钟线和数据线；也就是说，在时钟线启动到结束，数据线都要跟着时钟的频率进行传输。

(2)异步，相对于同步来说了，异步双方不需要共同的时钟，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息，如开始位，同时在结束时有停止位，在开始位和停止位之间就是数据了。

所以，从结果来看，同步传输的信息基本都是直接同步过来数据，而异步因为包含各种各样的开始位，停止位，甚至还有数据校验位等等，所以同步传输的明显效率要比异步要高得多得多。

在嵌入式领域中，使用串行异步通信的协议还是挺多的。比如我们接下来要说到的串口，串口协议就是异步通信的协议。

那么，什么又是协议？把话挑明白点说，就是双方约定好一定的规则来做，不然我们去办理一些业务的时候，一般业务员都要你签一个协议，那个协议就是约束你和业务本身的一个规则。当然，在计算机通信中，也不例外的。

那串口通信又是怎么约定的呢？首先肯定得有电路连接图对吧：

MCU要和PC机相连，中间多了一个MAX232芯片，它是用来干嘛的呢？其实就是用于电平转换用的，就是以下电平做转换，才能相互进行通信。

通常，串口通信由一个起始位，多个数据位，一般是8位，或者8位以下，从一个字节的低位开始传输，传输完毕后传输停止位，这就是一个基本的串口协议，当然这个协议中也可以安插一些空闲位，还有奇偶校验位。我们可以很形象的用一幅图来表示：

那串口也不能随便发，假设我是主机，我发得很快，从机却接收得很慢，那会造成什么样的影响？每秒传输多少数据？那么这里就出现了波特率这个概念。波特率是什么东西？简单的说，波特率就是每秒传输的位数，单位是fps/s

常用的波特率有115200、9600、4800等等。

比如，现在我使用波特率为115200，请问1s钟传输多少KB的数据？

答：115200 / 8bit / 1024 = 14KB

所以串口传输的速度其实是很慢很慢的，一秒钟才14KB，真的很慢了。

光说不练假把戏，没有经过验证的东西不能就说它一定是对的，即使是书本的知识。

[cpp] view plain copy

/**
* @brief Ö÷º¯Êý
* @param ÎÞ
* @retval ÎÞ
*/
int main(void)
{
int i ;
unsigned char ch = 'a' ;
USART_Config(); //配置串口波特率:115200 8bit数据 0个校验位 1个停止位
while(1)
{
//发送一个字节
Usart_SendByte(DEBUG_USARTx,ch);
for(i = 0 ; i < 50000 ; i++) ;
}
}

下面我使用Saleae Logic 1,1,15来分析一帧串口协议，使用STM32开发板作为实验，向PC发送一个字节的数据，然后用逻辑分析仪连上Rx口，即可得到以下数据：

上面的图片有一个地方写错了,手抖打少了一个0，解析出来得,1000 0110.

我们只是截取了其中一帧数据进行分析，由于这个程序是无线循环，所以实际上从逻辑分析仪得到的结果是这样的：

因此，我们来总结一下上面写的内容的关键部分。

数据通信的种类有：串行通信、并行通信。不管是什么类型的通信，再怎么复杂的，也是在这两种上面衍生出来的。

数据通信的传输方向又有：单工、半双工、全双工。它们之间各有什么样的特点，我举了车辆过道的实例，通俗易懂的跟大家讲明白了。

数据通信的方式还可以分为：同步、异步。什么是同步？什么是异步？相信大家现在已经有个概念了吧？同步就是根据一定的时钟周期，做一定的事情，这里我举了广场舞的例子，那异步又是什么呢？异步就是随时都可以，但怎么来区分开始，动作和结束呢？这就需要一帧数据里面安插开始传输位、数据内容、结束位以作区分，然后还需要一定的传输频率，这样才能将数据发送出去。

而串口协议又是什么东西呢？串口协议就是一种串行异步通信协议。有协议还不行，得有硬件接口嘛，具体是什么就不说了。然后双方都约定好，比如通信双方都设置波特率115200，一次发8bit数据，0个校验位，1个停止位。接下来就开始发数据，这时候就按照协议的规范，发送端开始发送一个起始位，通常是0，然后开始传输8bit数据，如果需要校验，那么就传输校验位，最后再传输1bit的停止位，这样一帧数据就发完了。

接下来，我们来说说I2C协议，I2C协议是什么鬼？I2C是(Inter-Integrated Circuit)的英文缩写，是Philips公司开发的一个通信协议，只有两根线是用来通信的。简单的来说，如下图：

我先来说下上面这幅图具体是什么含义，然后接下来再来说说I2C是怎么操作数据的。I2C总线就是通过SDA总线(数据)、SCL总线(时钟)来传输数据的，那为什么I2C总线上还要接两个上拉电阻呢？根据I2C规格设计上手册上了解到，由于I2C接口设计大多采用的是集电极开路或者是开漏输出的接口，当总线为空闲的时候，两根线均为高电平，由于I2C的SDA和SCL都具有线与功能，什么是线与？线与就是有0为0，同1为1，这是数字电路逻辑相关的了。也就是说只要有一个节点对总线(SCL或者SDA)发送了低电平，那么这整根线就会呈现为低电平，你想想，协议都说了，空闲要高电平，你突然给它来个低电平，这不逗死人嘛？这还叫协议？这明显就是乱搞嘛，是不是？所以既然是协议，那I2C就肯定会有约束条件嘛，这个上拉电阻的其中一个作用就在这里了，给硬件电路的IO口提供一个确定的电平信号。

说到这里，可能有人要问了，我是写代码的，硬件我不太熟悉或者根本就不懂啊？他们可能会提出这样的问题：什么是集电极开路输出？什么是开漏输出？什么是上拉电阻？上拉电阻取值要取什么值，这个电阻取大取小对I2C通信的时候有什么影响，应该取什么值最合适？既然有上拉电阻，那是不是有下拉电阻？为什么我看有些I2C的外设接在MCU的IO口里，也没有看见接上拉电阻啊，那为什么通信也正常？

下面咱们就来说说这些问题该怎么来解答，那什么问题好解释，我们先从硬件电路开始下手，一步一步的分析上面的这些问题。

我们先来看一个简单的电路：

想象一下，如果现在把B点上面那一部分去掉了，变成下面这样：

学习数字电路后我们知道，电路的输出状态有三种：

1、高电平 2、低电平 3、高阻态

如图(5)，这种无法确定电路状态到底是高电平还是低电平，就是高阻态。

什么是高阻态？

答：电路分析时高阻态可做开路理解。你可以把它看作输出（输入）电阻非常大。它的极限状态可以认为悬空（开路）。也就是说理论上高阻态不是悬空，它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几乎是一样的。

所以，我们可以认为，B点在开关断开的时候，相当于悬空引脚，没有办法确定它的状态，而一般情况下，为了给它确定一个电平，通常就会给IO口加一个上拉电阻，也就是图(4)看到的情况，也就是当按键没按下的时候，B点为高电平，MCU读取B点也为高电平。而当按键按下的时候，则情况相反，这就是上拉电阻的其中一个作用------确定电路的状态。那么下拉电阻也同样是这么一个功能，该怎么分析，就不用我说了，道理是一样的。

那么，最前面我们在分析I2C为什么要接上拉电阻的问题，其中一个原因是因为集电极开路输出和漏极开路输出，先来搞明白第一个问题，什么是集电极开路输出？

什么是集电极开路输出？集电极是什么指的什么东西？

答：集电极是三极管的其中一个电极，这里我们形象的把它画出来：

那么怎么解决这么不能确定c点到底输出多少的问题呢？上拉电阻闪亮登场！！！！确定电路状态，这无疑就是个宝贝，关键时刻可以用到了，我们来看看怎么改变它。

由此可见，当集电极开路的时候，比如就上面说的，当三极管处于截止状态的时候。也就相当于bc之间没有形成通路的时候，那么c点的电平无法确定，也就是说，将一个无法确定电平的线路接在I2C总线的SDA和SCL上，当I2C为空闲的时候，能保证SDA和SCL输出高电平吗？不能？那不能的话，假设输出低电平，由于I2C总线的线与关系，那不就相当于违背了I2C协议所说的条件了吗？所以这就是上拉电阻存在的必要性了。集电极开路也被称为OC开路，OC，就是Open Collector的英文缩写。

那么讲到这里，有人可能就要问了，那现在我输入1时，最终就要输出1，不要反向，我现在输入0的时候，我就要输出0，不要被反向，那如何来实现呢？

很简单，我们接两个反向器不就得了？来看看怎么接：

但通常在MCU中，不会这么接，但最终的效果是一样的，原理还是有所区别。于是经过改造就有了如图(10)所示的电路，由两只三极管共同控制，当电平不同的时候，总有一只三极管是导通的，当我把上拉电阻换成开关的时候，这个电路就称为推挽输出电路。

那么什么又是漏极输出呢？漏极又是什么东西？漏极是场效应管中的一个极：如图(11)所示，场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。主要有两种类型（junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。