通信协议原理(i2c通信协议原理)

络通信的工作原理1)TCP/IP协议的数据传输过程： TCP/IP协议所采用的通信方式是分组交换方式。所谓分组交换，简单说就是数据在传输时分成若干段，每个数据段称为一个数据包，TCP/IP协议的基本传输单位是数据包，TCP/IP协议主要包括两个主要的协议，即TCP协议和IP协议，这两个协议可以联合使用，也可以与其他协议联合使用，它们在数据传输过程中主要完成以下功能：1)首先由TCP协议把数据分成若干数据包，给每个数据包写上序号，以便接收端把数据还原成原来的格式。2)IP协议给每个数据包写上发送主机和接收主机的地址，一旦写上的源地址和目的地址，数据包就可以在物理网上传送数据了。IP协议还具有利用路由算法进行路由选择的功能。3)这些数据包可以通过不同的传输途径(路由)进行传输，由于路径不同，加上其它的原因，可能出现顺序颠倒、数据丢失、数据失真甚至重复的现象。这些问题都由TCP协议来处理，它具有检查和处理错误的功能，必要时还可以请求发送端重发。 简言之，IP协议负责数据的传输，而TCP协议负责数据的可靠传

作 者：■ 西安电子科技大学 郑旭阳 李兵兵 黄新平 摘要：介绍模拟I2C总线的多主节点通信原理，并提出一种新的实现方法。这种采用延时接收比较来实现仲裁的方法，可使不具有I2C接口的普通微控制器（MCU）能够实现模拟I2C总线的多主通信，同时对I2C总线的推广起到了积极作用。关键词：模拟I2C总线 仲裁 多主通信I2C总线（Inter IC BUS）是Philips公司推出的双向两线串行通信标准。由于它具有接口少、通信效率高等优点，现已得到广泛的应用[1~3]。它除了可以进行简单的单主节点通信外，还可以应用在多主节点的通信系统中。在多主节点通信系统中，如果两个或者更多的主节点同时启动数据传输，总线具有冲突检测和仲裁功能，保证通信正常进行并防止数据破坏。现在许多微控制器（MCU）都具有I2C总线接口，能方便地进行I2C总线设计。对于没有I2C总线接口的MCU，可以采用两条I/O接口线进行模拟[2，3]。目前，一些介绍模拟I2C的资料主要讲的是在单主节点系统中进行的通信，这使得模拟I2C总线的应用具有一定的局限性。本文根据总线仲裁的思想，提出一种多主节点通信的思想及实现流程。1 I2C总线系统简介[1~3]I2C总线系统是由SCL（串行时钟）和SDA（串行数据）两根总线构成的。该总线有严格的时序要求，总线工作时，由串行时钟线SCL传送时钟脉冲，由串行数据线SDA传送数据。总线协议规定，各主节点进行通信时都要有起始、结束、发送数据和应答信号。这些信号都是通信过程中的基本单元。总线传送的每1帧数据均是1个字节，每当发送完1个字节后，接收节点就相应给一应答信号。协议规定，在启动总线后的第1个字节的高7位是对从节点的寻址地址，第8位为方向位（“0”表示主节点对从节点的写操作；“1”表示主节点对从节点的读操作），其余的字节为操作数据。图1列出I2C总线上几个基本信号的时序。图1中包括起始信号、停止信号、应答信号、非应答信号以及传输数据“0”和数据“1”的时序。起始信号就是在SCL线为高时SDA线从高变化到低；停止信号就是在SCL线为高时SDA线从低变化到高；应答信号是在SCL为高时SDA为低；非应答信号相反，是在SCL为高时SDA为高。传输数据“0”和数据“1”与发送应答位和非应答位时序图是相同的。图2表示了一个完整的数据传送过程。在I2C总线发送起始信号后，发送从机的7位寻址地址和1位表示这次操作性质的读写位，在有应答信号后开始传送数据，直到发送停止信号。数据是以字节为单位的。发送节点每发送1个字节就要检测SDA线上有没有收到应答信号，有则继续发送，否则将停止发送数据。2 I2C总线的仲裁在多主的通信系统中。总线上有多个节点，它们都有自己的寻址地址，可以作为从节点被别的节点访问，同时它们都可以作为主节点向其他的节点发送控制字节和传送数据。但是如果有两个或两个以上的节点都向总线上发送启动信号并开始传送数据，这样就形成了冲突。要解决这种冲突，就要进行仲裁的判决，这就是I2C总线上的仲裁。I2C总线上的仲裁分两部分：SCL线的同步和SDA线的仲裁。SCL同步是由于总线具有线“与”的逻辑功能，即只要有一个节点发送低电平时，总线上就表现为低电平。当所有的节点都发送高电平时，总线才能表现为高电平。正是由于线“与”逻辑功能的原理，当多个节点同时发送时钟信号时，在总线上表现的是统一的时钟信号。这就是SCL的同步原理。SDA线的仲裁也是建立在总线具有线“与”逻辑功能的原理上的。节点在发送1位数据后，比较总线上所呈现的数据与自己发送的是否一致。是，继续发送；否则，退出竞争。图3中给出了两个节点在总线上的仲裁过程。SDA线的仲裁可以保证I2C总线系统在多个主节点同时企图控制总线时通信正常进行并且数据不丢失。总线系统通过仲裁只允许一个主节点可以继续占据总线[1]。图3是以两个节点为例的仲裁过程。DATA1和DATA2分别是主节点向总线所发送的数据信号，SDA为总线上所呈现的数据信号，SCL是总线上所呈现的时钟信号。当主节点1、2同时发送起始信号时，两个主节点都发送了高电平信号。这时总线上呈现的信号为高电平，两个主节点都检测到总线上的信号与自己发送的信号相同，继续发送数据。第2个时钟周期，2个主节点都发送低电平信号，在总线上呈现的信号为低电平，仍继续发送数据。在第3个时钟周期，主节点1发送高电平信号，而主节点2发送低电平信号。根据总线的线“与”的逻辑功能，总线上的信号为低电平，这时主节点1检测到总线上的数据和自己所发送的数据不一样，就断开数据的输出级，转为从机接收状态。这样主节点2就赢得了总线，而且数据没有丢失，即总线的数据与主节点2所发送的数据一样，而主节点1在转为从节点后继续接收数据，同样也没有丢掉SDA线上的数据。因此在仲裁过程中数据没有丢失。

RS485通讯的工作原理如下：1、采用差分信号。我们在讲A/D的时候，讲过差分信号输入的概念，同时也介绍了差分输入的好处，最大的优势是可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用两根通信线，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示，是一种典型的差分通信。2、RS485通信速率快，最大传输速度可以达到10Mb/s以上。3、RS485内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。4、传输距离最远可以达到1200米左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在100Kb/s以下的传输速度，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。5、可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。6、RS485的接口非常简单，与RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接与单片机的UART串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。
RS485通讯的工作原理如下：1、采用差分信号。我们在讲A/D的时候，讲过差分信号输入的概念，同时也介绍了差分输入的好处，最大的优势是可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用两根通信线，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示，是一种典型的差分通信。2、RS485通信速率快，最大传输速度可以达到10Mb/s以上。3、RS485内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。4、传输距离最远可以达到1200米左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在100Kb/s以下的传输速度，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。5、可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。6、RS485的接口非常简单，与RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接与单片机的UART串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。
485在现场施工上的一些问题，也可以从原理层面分析一下：简单来说，主要是由于两方面原因造成的：一、差分弱电流浮压方式传输信号方式采用电压差分方式传输数据，采样浮动电压的交替变化，物理层一个发送端对应多个高阻输入的方式。由于接收器是多个高阻输入，虽然发送端是推挽输出，在距离发送端的近端，具有一定的干扰电压通过磁耦合入总线，产生的电压会被发送端引流吸收。但由于长导线的电阻，距离发送器的长导线远端，电压极易被干扰。如下图：所以常常RS485 要加终端匹配电阻，但弊端相当明显：1， 增加了施工步骤，和现场调试时间。2， 即使 100Ω的终端匹配电阻，引流干扰的能力也只有0.05mA 。和动辄几十mA 真实负载的电源抗扰度，完全不是一个数量级！0.05mA VS 几十mA ！3， 终端电阻的加入，加大了发送端 RS485 芯片的发热，降低了RS485 的线缆驱动能力。4，如果终端电阻损坏，增加的部件，增加的风险！整个总线将彻底陷入瘫痪。二，信号的与电源线分离：电源与信号线分立导致的隔离成本与不隔离的共模电压风险，由于RS485 ,CAN 信号线与供电线分离。导致远传后，由于功率线线损压降，导致的远端差模电压不同，不隔离的话，当线较细或距离较远时。会导致RS485 或CAN 芯片损坏可能。而供电与通讯同属两线的二总线类似POWERBUS 技术，则从原理上没有此问题。无需隔离。安全可靠。
特点 1. RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。 4. RS-485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
1、485总线协议 在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。2、 485总线协议还有如下特性：1. RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。3、485总线传输距离 4RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离。理论上，通信速率在100Kpbs及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。

1) 终端在web浏览器地址栏输入访问地址 http://www.baidu.com2) web浏览器请求DNS服务器把域名http://www.baidu.com解析成web服务器的IP地址，此处的解析过程就是DNS解析的原理流程，这里不再累述。3) web浏览器通过解析后的IP地址及端口号与web服务器之间建立一条TCP连接4) 建立连接后，web浏览器向web服务器发送一条HTTP报文请求，请求报文内容格式及信息细节这里不再累述5) web服务器读取浏览器的请求信息，并返回一条HTTP响应报文，响应报文内容格式及信息细节这里不再累述6) 客户端接收服务器所返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后客户机与服务器断开http连接，断开TCP连接。如果在以上过程中的某一步出现错误，那么产生错误的信息将返回到客户端，有显示屏输出。对于用户来说，这些过程是由HTTP自己完成的，用户只要用鼠标点击，等待信息显示就可以了。上述就是HTTP协议通信原理过程，整个通信原理的重要知识点有：1.用户访问网站的流程2.DNS解析流程细节3.建立TCP连接发送HTTP报文的过程4.HTTP请求报文的细节5.HTTP响应报文的细节 6.web服务器请求后端集群存储的细节

络通信的工作原理1)TCP/IP协议的数据传输过程： TCP/IP协议所采用的通信方式是分组交换方式。所谓分组交换，简单说就是数据在传输时分成若干段，每个数据段称为一个数据包，TCP/IP协议的基本传输单位是数据包，TCP/IP协议主要包括两个主要的协议，即TCP协议和IP协议，这两个协议可以联合使用，也可以与其他协议联合使用，它们在数据传输过程中主要完成以下功能：1)首先由TCP协议把数据分成若干数据包，给每个数据包写上序号，以便接收端把数据还原成原来的格式。2)IP协议给每个数据包写上发送主机和接收主机的地址，一旦写上的源地址和目的地址，数据包就可以在物理网上传送数据了。IP协议还具有利用路由算法进行路由选择的功能。3)这些数据包可以通过不同的传输途径(路由)进行传输，由于路径不同，加上其它的原因，可能出现顺序颠倒、数据丢失、数据失真甚至重复的现象。这些问题都由TCP协议来处理，它具有检查和处理错误的功能，必要时还可以请求发送端重发。 简言之，IP协议负责数据的传输，而TCP协议负责数据的可靠传