单片机中有哪些双机通信设计应用？

两单片机之间通过按钮实现单片机A按下按键，在单片机B上显示按键数。在单片机B上按相应按键，在单片机A上显示对应的按键数。显示数字通过数码管实现。

在单片机应用中，双机通信设计非常普遍，主要用于实现两个单片机系统之间的信息交换、协调控制或资源共享。以下是一些常见的应用场景：

主从控制系统：
- 应用描述： 一个单片机作为主控制器负责核心逻辑、决策和人机交互，另一个作为从设备执行特定任务或管理子模块。
- 实例：
  - 工业监控： 主控制器接收操作员指令、监控整体状态；从控制器负责采集特定传感器（如温度、压力、流量）的数据并返回给主控。
  - 农业自动化： 主控系统管理整个温室/农场策略；从控系统负责控制特定区域/设备（如喷淋阀、通风扇）。
  - 电梯系统： 轿厢内的控制板（主控）接收楼层请求，并与井道/机房的驱动控制器（从控）通信协调运行。
- 常用协议： UART/RS232/RS485, CAN, SPI, I2C (根据距离和复杂性选择)
对等协作系统：
- 应用描述： 两个单片机角色对等或互补，共同完成一项更复杂的任务，需要紧密协调。
- 实例：
  - 机器人手臂关节控制： 一个MCU控制肩关节电机，另一个控制肘关节电机，二者需要实时同步位置和速度数据以实现协调动作。
  - 冗余系统（初级）： 两台设备执行相同计算或监控相同目标，互相验证结果，在主设备故障时备用设备接管（需要更高层面的逻辑）。
  - 双处理器设备： 消费电子产品中（如高级无人机），一个MCU专注于电机/飞行控制（高实时性），另一个专注于图像传输/导航（数据量大）。
- 常用协议： UART/RS232/RS485, CAN（可靠性要求高），高速SPI，有时也用并行总线。
设备间数据交换/同步：
- 应用描述： 两个相对独立的设备需要交换信息或同步状态。
- 实例：
  - 手持仪表与数据采集器： 通过串口连接，采集器将存储的数据传输给手持仪表进行显示、分析或存储。
  - 双屏显示系统： 主设备（如信息终端）将部分需要显示的内容通过串口发送给副屏控制器。
  - 分布式传感器网络节点： 多个分布在区域的传感器节点（每个节点通常由一个MCU管理）需要通过无线或有线方式将数据汇聚到一个中心节点（另一个MCU）。两个节点间的通信就是双机通信。
  - 小型物联设备对接： 如一个智能网关（MCU）与一个智能插座（MCU）之间通过串口或无线（Zigbee/WiFi/BLE模块由MCU控制）通信进行指令下发和状态上报。
- 常用协议： UART/RS232/RS485（有线）， SPI/I2C（板间/近距离），无线透传模块（UART转无线）。
调试与程序烧录：
- 应用描述： 一个单片机（如PC端的适配器或调试器）通过特定接口与目标单片机通信，实现程序下载、调试信息输出、在线升级等。
- 实例：
  - 串口Bootloader： 目标MCU内置Bootloader程序，通过UART接收来自PC（或其他MCU充当PC适配器角色）发送的新应用程序固件进行更新。
  - SWD/JTAG调试： 专用的调试器（可以看作是一个专用的单片机系统）通过SWD或JTAG协议与目标MCU通信进行程序烧写和在线调试。
- 常用协议： UART, SWD, JTAG。
板间功能模块通信：
- 应用描述： 在一个复杂系统中，两块独立的电路板由各自的MCU控制，板间需要通信。
- 实例：
  - 核心板与功能扩展板： 核心板MCU通过通信接口（如SPI, I2C, UART）与扩展板上的MCU通信，扩展板MCU负责管理特定的复杂外设或接口（如特定传感器阵列、显示模块）。
  - 电源模块与管理控制器： 智能电源模块的MCU通过通信接口（如PMBus-I2C, UART）向系统主控制器上报电压、电流、温度等状态信息，接收配置指令。
- 常用协议： I2C, SPI, UART, CAN（若需要高可靠性或多个模块）。

选择通信接口的关键考虑因素：

速度和实时性要求： SPI > UART (在相同时钟下) > I2C > CAN (通常CAN控制器限制速率)。并行总线最快，但线多。
通信距离和抗干扰性： UART直连距离短；RS485延长距离（几十米到千米），抗干扰好；CAN专为可靠长距离（抗干扰）设计；SPI/I2C短距离（板级/机箱内）。
接口复杂度/引脚数量： UART, I2C (仅需2线) > SPI (通常4线) > CAN (较复杂，需要收发器) > 并行总线（线最多）。
拓扑结构： UART/RS485通常点对点或主从多点（半双工）， I2C支持多主多从， SPI主从点对点或单主多从， CAN总线式多主。
成本： RS485/CAN需要额外的收发器芯片，增加成本。

总结： 单片机双机通信是现代嵌入式系统的核心设计模式之一，从简单的设备对接、数据采集到复杂的协调控制、系统扩展，应用极其广泛。根据具体应用的功能需求、速度、距离、成本、可靠性等因素选择合适的通信接口（UART, SPI, I2C, CAN, 并行总线, 无线透传）是设计成功的关键。