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分享8種stm32單片機(jī)常用的通信協(xié)議

03/19 11:35
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大家好，我是專注分享職業(yè)規(guī)劃/技術(shù)科普/智能生活有關(guān)原創(chuàng)文章的allen康哥。

今天分享8種stm32單片機(jī)常用的通信協(xié)議。

1.UART/USART協(xié)議

示例1-PC上通過UART來調(diào)試MCU

示例2-RS-232通過電平轉(zhuǎn)換芯片與MCU通訊

示例3-MCU串口通訊

原理：異步串行通信，通過TXD（發(fā)送）和RXD（接收）兩線實(shí)現(xiàn)全雙工通信，支持自定義波特率（如9600bps、115200bps）。實(shí)例：

    與GPS模塊通信：STM32通過UART接收NMEA-0183格式數(shù)據(jù)。
// STM32Cube HAL庫配置示例HAL_UART_Receive_IT(&huart2, rx_buffer, 128);  // 中斷接收數(shù)據(jù)
    調(diào)試信息輸出：通過UART連接PC串口助手，實(shí)時(shí)打印傳感器數(shù)據(jù)。

特點(diǎn)：成本低、易實(shí)現(xiàn)，但無硬件流控制，適用于短距離、低速場景。

2.SPI協(xié)議原理：全雙工同步通信，通過SCK（時(shí)鐘）、MOSI（主機(jī)發(fā)）、MISO（主機(jī)收）、CS（片選）四線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸（可達(dá)數(shù)十MHz）。

示例1-SPI 數(shù)據(jù)傳輸

示例2-SPI 數(shù)據(jù)傳輸

示例3-SPI時(shí)序信號

示例4-MCU SPI信號模擬圖

實(shí)例：

    驅(qū)動OLED屏幕：STM32作為主機(jī)，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)至SSD1306 OLED模塊。
// SPI發(fā)送函數(shù)（HAL庫）HAL_SPI_Transmit(&hspi1, oled_data, sizeof(oled_data), 100);
    外接Flash存儲：如W25Q128芯片，通過SPI實(shí)現(xiàn)固件存儲或數(shù)據(jù)備份。

特點(diǎn)：速率快、接口簡單，但需占用較多引腳資源。

3.I2C協(xié)議原理：半雙工同步通信，通過SCL（時(shí)鐘）和SDA（數(shù)據(jù)）兩線支持多主從設(shè)備，地址尋址機(jī)制實(shí)現(xiàn)設(shè)備區(qū)分。

示例1-?I2C總線以及尋址方式

示例2-?I2C總線以及尋址方式

實(shí)例：

    連接溫度傳感器：如BMP280，STM32通過I2C讀取溫濕度數(shù)據(jù)。
// I2C讀取寄存器（HAL庫）HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, BMP280_ADDR, REG_TEMP, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, 2, 100);

特點(diǎn)：節(jié)省引腳，支持多設(shè)備，但速率較低（通?！?00kHz）。

4.CAN協(xié)議原理：差分信號抗干擾，支持多主通信，適用于復(fù)雜工業(yè)環(huán)境。

示例1-CAN協(xié)議通信原理

實(shí)例：

    汽車電子控制：STM32作為CAN節(jié)點(diǎn)，與ECU（發(fā)動機(jī)控制單元）通信，傳輸油門或剎車信號。
// CAN報(bào)文發(fā)送（HAL庫）CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;tx_header.StdId = 0x123;  // 標(biāo)準(zhǔn)IDHAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &tx_header, tx_data, &mailbox);
    工業(yè)機(jī)器人控制：多個CAN節(jié)點(diǎn)同步執(zhí)行動作指令。

特點(diǎn)：高可靠性，支持錯誤檢測，但協(xié)議棧復(fù)雜度較高。

5.USB協(xié)議原理：高速雙向通信，支持設(shè)備模式（如U盤、HID設(shè)備）或主機(jī)模式（連接外設(shè)）。

示例1-USB2.0接線實(shí)例

實(shí)例：

    自定義HID設(shè)備：STM32模擬USB鍵盤，發(fā)送按鍵指令至PC。
// USB描述符配置（CubeMX生成）__ALIGN_BEGIN static uint8_t HID_REPORT_DESC[] __ALIGN_END = { ... };

 

    數(shù)據(jù)傳輸：通過USB CDC類實(shí)現(xiàn)虛擬串口，替代傳統(tǒng)UART。

特點(diǎn)：即插即用，速率高（USB2.0可達(dá)12Mbps），需復(fù)雜協(xié)議棧支持。

6.Ethernet與Modbus原理：基于LwIP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信，結(jié)合Modbus/TCP或Modbus/RS485協(xié)議用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

示例1-Ethernet典型應(yīng)用

示例2-tcp三次握手與四次揮手

實(shí)例：

// Modbus/TCP報(bào)文處理modbus_tcp_poll(&ctx);  // LwIP回調(diào)處理請求
    RS485多設(shè)備通信：使用MAX485芯片，實(shí)現(xiàn)STM32與多個PLC的Modbus/RTU通信。

特點(diǎn)：支持遠(yuǎn)程控制，需外接PHY芯片或轉(zhuǎn)換模塊。

七、MQTT協(xié)議

原理：基于發(fā)布/訂閱模型的輕量級物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，運(yùn)行于TCP/IP協(xié)議棧之上，支持低帶寬、高延遲網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)備與云端雙向通信。采用心跳機(jī)制保持長連接，消息體最小僅需2字節(jié)，支持QoS（服務(wù)質(zhì)量等級）保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

示例1-mqtt典型應(yīng)用

實(shí)例：

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：STM32通過ESP8266 WiFi模塊連接阿里云IoT平臺，定時(shí)發(fā)布溫濕度數(shù)據(jù)至主題/sensor/data。

// 基于Paho MQTT嵌入式庫的核心代碼片段MQTTClient_publish(&client, "/sensor/data", "{"temp":25.6}", 12, QoS1, 0);

遠(yuǎn)程設(shè)備控制：訂閱/device/ctrl主題，接收云端下發(fā)的繼電器控制指令。

特點(diǎn)：

支持百萬級設(shè)備連接，適合電池供電場景（心跳間隔可配置）

協(xié)議頭開銷僅2字節(jié)，帶寬利用率高達(dá)95%

需外接網(wǎng)絡(luò)模塊（如ESP32/4G模組）

八、RS-485協(xié)議

原理：基于差分信號傳輸的物理層標(biāo)準(zhǔn)，采用雙絞線傳輸，邏輯"1"對應(yīng)A-B線間-2V~-6V電壓，邏輯"0"對應(yīng)+2V~+6V。支持總線型拓?fù)?/a>，通過使能端控制收發(fā)方向?qū)崿F(xiàn)半雙工通信。

示例1-485芯片連線圖

示例2-485電路圖

實(shí)例：

工業(yè)PLC組網(wǎng)：STM32作為Modbus從站，通過MAX485芯片接入RS-485總線，響應(yīng)主站查詢指令：

// 使用USART2實(shí)現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議HAL_UART_Receive_IT(&huart2, modbus_frame, 8); // 接收功能碼01查詢請求

樓宇自動化：連接1000米外的電表集群，每30秒輪詢用電量數(shù)據(jù)。

特點(diǎn)：

抗共模干擾能力達(dá)±15kV（通過雙絞線抵消電磁干擾）

單總線最大支持32節(jié)點(diǎn)（需終端匹配120Ω電阻）

傳輸速率與距離成反比（10Mbps@12米，100kbps@1200米）

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