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横河大学讲义：利用波形仪器进行串行总线调试（连载之一）

2021-03-02 19:50:40·  来源：横河测试测量  作者：yokogawa  
　
PART1 总线概述 横河大学讲义 在现今的嵌入式系统设计开发中，串行总线越来越多地代替了并行总线，串行总线具有很多优势，但在测试和调试上仍有一些挑战。本次直播课从总线的基本概念开始，介绍几种常见的低速串行总线(UART/I2C/CAN等等)，并对CAN总线进行实
PART1 总线概述
 
横河大学讲义
在现今的嵌入式系统设计开发中，串行总线越来越多地代替了并行总线，串行总线具有很多优势，但在测试和调试上仍有一些挑战。本次直播课从总线的基本概念开始，介绍几种常见的低速串行总线(UART/I2C/CAN等等)，并对CAN总线进行实际测试的演示，让您了解横河测试仪器解决串行总线测试问题的方法，对仪器的分析功能有更进一步的理解。
 
总线“BUS”概念最初来自于计算机系统，是连接多个设备或者接入点的数据传输通路。打个比方，总线就是公共汽车线路，连接的设备就是公交站。传输的数据包就是乘客。每个乘客都要知道自己从哪站上，到哪站下，然后等到站的时候就下车进入另一个设备进行处理。公交车需要个调度室，所以总线需要有个控制器。
 
总线按照传输方式分为并行总线和串行总线，顾名思义，并行总线传输多少位数据就需要多少根数据线；而串行总线只需要一对数据线就能完成传输。按照时钟信号是否独立，串行总线可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。
并行总线
串行总线
 
总线、接口、协议
通常我们提到的"XX总线"、"XX接口"和"XX协议"，这三者之间既有联系又有区别:“总线”定义如前文所述；接口是一种连接标准，是设备之间的连接电路，常常称之为物理接口；协议就是传输数据的规则。协议定义了接口设备、器件及信号、总线及通道之间需要满足的关系，即要实现信号的传输，所有这些成员必须通力合作，满足协议要求的各种必要条件。简单概况就是不同设备接口不同，但接口是连接在总线上面的，要按照协议来传输数据。
 
USB

我们以USB总线为例，USB是Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。我们通过下面的表格简单了解一下三者间的关系：
总线
协议
接口
USB总线
USB1.1
TYPE A
TYPE B
USB2.0
MiniUSB
MicroUSB
USB3.0
USB4
TYPE C
最早我们使用是USB1.1协议的设备，后续使用USB2.0协议设备较多，现在最新的都是使用USB3.1(5G/10G)协议的设备，而新的USB4协议也已经开发完成。
上图是常用的USB接口的类型，在早期的数码相机上我们还能见到其他一些类型的USB接口。
 
常见低速串行总线UART

RS232和RS485是关于UART通讯的机械和电气接口标准，RS232标准规定采用带25个脚的DB-25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC 机将RS-232 接口简化成了DB-9 连接器，从而成为今天的事实标准。而工业控制的RS-232 接口一般只使用RXD(2)、TXD(3)、GND(5)三条线。RS485标准的接口用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。在要求通信距离为几十米到上千米时，被广泛采用，此处不再赘述。
 
 
  
DB-9接口
 
常见低速串行总线-CAN

Controller Area Network(控制器局域网络)，缩写为CAN，由德国博世公司于上世纪80年代提出。目前CAN总线已经是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN的主要特点：差分传输——抗噪性能好；多主控——所有节点没有主从之分；柔性系统——节点没有“地址”的概念，增加节点时，不会对已有节点的软硬件造成影响；通信速度灵活——可以配合网络的规模和系统的机能进行设定；错误处理能力强——所有的节点都可以检测出错误；检测出错误的节点会立即通知总线上其它所有的节点；数据可请求——某个节点可以通过发送“远程帧”的方式，请求某个节点来发送指定的报文。
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