一、uart

? ? ? ? 通用異步收發器，就是常說的串口通信，常常用在異步通信并且是一種全雙工的通信方式，不需要嚴格的時間限制，兩個設備之間連線簡單，往往只需要將RX，TX端交叉相連即可?，F實中利用面很廣，多用于調試，在以后學習Linux驅動開發時是非常重要的。uart的連接過程如下圖，很簡潔明了。

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? ? ? ? ?由圖可見，數據在總線和uart之間還是并行傳輸的，但是兩個設備之間的uart之間就采取了單線的傳輸，在傳輸的前，還會自動的添加起始位、奇偶校驗位、停止位。具體的傳輸過程如下圖：

?????????這樣對uart整個的工作流程就全部解刨開了，學習難度降了好多。在以前的文章里有手撕uart代碼的文章，有興趣的可以去看看。

?二、spi-串行外設接口

? ? ? ? 這是一種同步全雙工的傳輸方式，他的連線是這三種通信方式里面最多的，有一個clk串行時鐘、MOSI主設備輸出、MISO主設備輸入、cs從設備片選。他的缺點就是每個從設備都需要有一個cs口用來對其在傳輸時進行選擇。在數據傳輸時還需要考慮傳輸時是低電平有效還是高電平有效、第一個下降沿有效還是第二個下降沿有效，相當于有四種傳輸方式。內部spi通信相當于一個環路，輸出數據后又讀入數據：

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?具體讀和取數據的過程如下（網上找到很好地一張工作流程圖），需要16個脈沖才可以完成一個完整的讀取周期。

三、iic

? ? ? ? iic實現連線簡單，只需要一個clk時鐘線和sda數據線即可，但是iic的協議相對復雜。如圖iic可以掛載多個設備，但是傳輸時只能有一個設備工作，iic是利用地址來選擇從機的，這點和spi不同，兩條線都有上拉電阻且都設為開漏輸出，目的是為了數據傳輸時的穩定，也是一種規范，iic在高電平時是空閑狀態。在數據傳輸時，clk在高電平的時候，SDA絕對不能發生改變，否則會發生錯誤。

? ? ? ? ?在iic中想利用其收發數據必須會起始與終止信號：在SCL為高期間? SDA : 由高到低，起始信號、?SDA：由低到高，終止信號。

?IIC一次最多可以掛載多少個設備呢？由iic地址決定,8位地址,減去1位廣播地址,是7位地址,2^7=128,但是地址0x00不用,那就是127個地址, 所以理論上可以掛127個從器件。但是IIC協議沒有規定總線上device最大數目，但是規定了總線電容不能超過400pF。管腳都是有輸入電容的，PCB上也會有寄生電容，所以會有一個限制。實際設計中經驗值大概是不超過8個器件。過多設備會導致信號傳輸速度變慢，這牽扯到模電方面的內容，不過多解釋。

? ? ? ? 主設備對從設備可以進行讀寫，主設備首先會發送7bit位的slave device地址，和1bit位的read或者write命令。

時序圖如下write：

read：?

?語言描述就是：

（1）write命令

如果為write命令，則主設備釋放總線（If the I2C-bus is free, both SDA and SCL lines should be both at High level），即SDA為高位；然后從設備拉低SDA，表示ACK主設備；然后主設備再發送8bit數據，從設備再ACK(A)，通信結束(P)。

寫寄存器的標準流程：

1. ? ?Master發起START

2. ? ?Master發送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK

3. ? ?Slave發送ACK

4. ? ?Master發送reg addr（8bit），等待ACK

5. ? ?Slave發送ACK

6. ? Master發送data（8bit），即要寫入寄存器中的數據，等待ACK

7. ? ?Slave發送ACK

8. ? ?第6步和第7步可以重復多次，即順序寫多個寄存器

9. ? ?Master發起STOP

（2）read命令

如果為read命令，則從設備先拉低SDA表示ACK主設備，然后再發送8bit數據。主設備拉低SDA表示ACK從設備（我已經讀取8bit的數據了），之后結束。

讀寄存器的標準流程

1、Master發送I2Caddr（7bit）和 W操作1（1bit），等待ACK

2. ? ?Slave發送ACK

3. ? ?Master發送reg addr（8bit），等待ACK

4. ? ?Slave發送ACK

5. ? Master發起START

6. ? ?Master發送I2C addr（7bit）和 R操作1（1bit），等待ACK

7. ? ?Slave發送ACK

8. ? Slave發送data（8bit），即寄存器里的值

9. ? Master發送ACK

10. ? ?第8步和第9步可以重復多次，即順序讀多個寄存器

以上文字來源于以下鏈接：原文鏈接：https://blog.csdn.net/oqqHuTu12345678/article/details/72356722

四、三種通信方式對比圖

對比項	? ? ? ? ?UART	? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?SPI	? ? ? ? ? ? I2C
信號線數目	3根，RX、TX、GND	4根，SDO、SDI、SCLK、SS	2根，SDA、SCLK
設備從屬關系	? ? ? ? ? ?——	存在主從設備。SPI用片選信號選擇從機?	存在主從設備。IIC用地址選擇從機。
通信方式	全雙工通信	全雙工通信	半雙工通信
通信速率	速度慢	比I2C總線要快，速度可達到幾Mbps	I2C的速度比SPI慢
應用領域	1、UART常用于控制計算機與串行設備的芯片 2、就是我們經常所說的串口，基本都用于調試。	主要應用在EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間	I2C一般是用在同一個板子上的2個IC之間的通信 ，它可以替代標準的并行總線，連接各種集成電路和功能模塊。
傳輸距離			I2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠距離通信
通信特征	異步，一幀可以傳5/6/7/8位	同步，SPI允許數據一位一位的傳送，甚至允許暫停。從最高位開始傳。	同步，電平信號，一次連續8bit。從最高位開始傳
協議復雜度	結構比較復雜	SPI實現要比UART簡單，UART需要固定的波特率，就是說兩位數據的間隔要相等，而SPI則無所謂，因為它是有時鐘的協議。	協議比SPI復雜，但是連線比標準的SPI要少
對比	只能與一個設備相連	在點對點的通信中，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信,顯得簡單高效。 在多個從器件的系統中,每個從器件需要獨立的使能信號,硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的单片机通信——spi、iic、uart的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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