UART、RS232、RS485、IIC、SPI及USB协议与PCB布局.docx

简介：
本文档深入探讨了UART、RS232、RS485、IIC、SPI和USB等通信协议，并详细讲解了在PCB设计中的应用与布线技巧。 UART协议是一种广泛应用于微控制器和嵌入式系统中的串行通信标准，它通过将并行数据转换为串行格式来实现设备之间的通信。通常情况下，UART使用两根线——TX（发送）和RX（接收），支持全双工模式下的双向数据传输。帧结构包括起始位、若干个数据位以及可选的奇偶校验位和停止位，从而允许在没有公共时钟的情况下进行异步通信。 RS-232是另一种常用的串行通信标准，它定义了用于各种功能的数据引脚、控制引脚及信号引脚。具体来说，TXD与RXD负责数据传输；RTS（请求发送）和CTS（清除待命）则用来实施流量管理；而DTR（数据终端就绪）和DSR（数据设置就绪）分别反映设备的状态信息。此外还包括RI（响铃指示器）以及DCD（载波检测）。RS-232接口通常具有较高的电压摆幅，但传输距离较短。 相比之下，RS-485标准提供了更长的通信范围和更多的节点连接数量。它采用差分信号方式发送数据，并且只需要两条线——Data+和Data-即可实现半双工模式下的设备间互连，在大型系统或远距离应用中非常有用。 IIC（Inter-Integrated Circuit）协议，也称为I2C，是由飞利浦公司开发的一种低速通信总线。它采用主从结构，并且只需要两条线——SDA和SCL就可以支持多个设备之间的数据交换。为了维持高电平状态，该总线通常使用漏极开路模式并配备上拉电阻。 SPI（Serial Peripheral Interface）协议则是一种全双工同步串行接口，主要用于微控制器与外围设备间的通信连接。相比IIC，SPI能够同时处理多主设备和从属设备，并且具有更快的传输速率，例如STM32F103C8T6芯片上的SPI通信速度可达18Mbps。 USB（Universal Serial Bus）协议是一种广泛用于计算机及其外设之间的接口标准，不仅支持数据交换还提供电源供应功能。其中，USB 2.0版本最大可实现480Mbps的半双工传输速率；而到了3.0版本，则引入了全双工模式以进一步提高性能。 在设计基于这些协议的PCB板时需要注意一些关键布局规范：对于使用USB 3.0标准的产品，在SS_TX线上应安装一个容量为0.1uF的交流耦合电容器，并确保其与芯片保持近距离；同时避免在此线路下的走线产生额外的电容效应，通过禁止布线层来实现。另外还需维持差分信号对之间的阻抗为90Ω并保证间距一致以防止失真现象发生。此外，在处理SS信号时应尽量让这些导线靠近全铺铜的GND层铺设，并且注意控制好长度的一致性以便于优化性能表现。 以上所述的各种通信协议及PCB布局准则对于确保设备间可靠的数据交换至关重要，可以帮助工程师更好地理解和设计有效的通讯系统。