1、UART, SPI, IIC的詳解

UART、SPI、IIC是經(jīng)常用到的幾個數(shù)據(jù)傳輸標準，下面分別總結一下：

UART（Universal Asynchronous Receive Transmitter）：也就是我們經(jīng)常所說的串口，基本都用于調試。

主機和從機至少要接三根線，RX、TX和GND。TX用于發(fā)送數(shù)據(jù)，RX用于接受數(shù)據(jù)（收發(fā)不是一根線，所以是全雙工方式）。注意A和B通信A.TX要接B.RX，A.RX要接B.TX（A用TX發(fā)B當然要用RX來收了！）

如果A是PC機，B是單片機，A和B之間還要接一塊電平轉換芯片，用于將TTL/CMOS（單片機電平）轉換為RS232（PC機電平）。因為TTL/CMOS電平范圍是0~1.8/2.5/3.3/5V(不同單片機范圍不同)，高電壓表示1，低電壓表示0。而RS232邏輯電平范圍-12V~12V，-5~-12表示高電平，+5~+12V表示低電平（對！你沒有聽錯）。為什么這么設置？這就要追溯到調制解調器出生時代了，有興趣自己去查資料！

數(shù)據(jù)協(xié)議：以PC機A給單片機B發(fā)數(shù)據(jù)為例（1為高電平，0為低電平）：A.TX to B.RX。剛開始B.RX的端口保持1，當A.TX發(fā)來一個0作為起始位告訴B我要發(fā)數(shù)據(jù)了！然后就開始發(fā)數(shù)據(jù)，發(fā)多少呢？通常一次是5位、6位、7位、8位，這個雙方事先要用軟件設置好。PC機一般會用串口助手設置，單片機會在uart的驅動中設置。一小幀數(shù)據(jù)發(fā)送完了以后，A.TX給個高電平告訴B.RX我發(fā)完了一幀。如果還有數(shù)據(jù)，就再給個0然后重復上一步。如果雙方約定由校驗位，還要在發(fā)停止位1之前發(fā)送個校驗位，不過現(xiàn)在一般都不需要校驗位了，因為出錯的概率太小了，而且一般用于調試。

一般在串口助手上還有個RTS/CTS流控選項，也叫握手，我從來沒用過。搬一段我能理解的介紹：RTS（請求發(fā)送），CTS（清除發(fā)送）。如果要用這兩個功能，那就至少要接5根線：RX+TX+GND+RTS+CTS。當A要發(fā)送數(shù)據(jù)時，置RTS有效（可能是置1），告訴B我要發(fā)送數(shù)據(jù)了。當B準備好接受數(shù)據(jù)后，置CTS有效，告訴A你可以發(fā)了。然后他們就實現(xiàn)了兩次握手！挺耽誤時間是不是？這個RTS還可以當電源使用，如果你不用它的握手功能，且電源電流在50mA以下時，就可以把它置為高電平可以當電源用喔~！

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SPI（Serial Peripheral Interface, 同步外設接口）是由摩托羅拉公司開發(fā)的全雙工同步串行總線，該總線大量用在與EEPROM、ADC、FRAM和顯示驅動器之類的慢速外設器件通信。

SPI是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個主設備和一個或多個從設備組成，主設備啟動一個與從設備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI 接口由SDI（串行數(shù)據(jù)輸入），SDO（串行數(shù)據(jù)輸出），SCK（串行移位時鐘），CS（從使能信號）四種信號構成，CS 決定了唯一的與主設備通信的從設備，片選信號低電平有效。如沒有CS 信號，則只能存在一個從設備，主設備通過產(chǎn)生移位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數(shù)據(jù)由SDO 輸出，SDI 輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由SDO 輸出，在緊接著的下降或上升沿由SDI 讀入，這樣經(jīng)過8/16 次時鐘的改變，完成8/16 位數(shù)據(jù)的傳輸。

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IIC（Inter Integrated Circuit）：兩根線：一個時鐘線SCL和一個數(shù)據(jù)線SDA。只有一根數(shù)據(jù)線，所以是半雙工通信。接線不難，而且兩根線上也可以掛很多設備（每個設備的IIC地址不同），數(shù)據(jù)協(xié)議比較麻煩：
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還是假設A給B發(fā)數(shù)據(jù)（這里A.SCL接B.SCL, A.SDA接B.SDA）。起初SDA和SCL上的電平都為高電平。然后A先把SDA拉低，等SDA變?yōu)榈碗娖胶笤侔裇CL拉低(以上兩個動作構成了iic的起始位)，此時SDA就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了，與此同時，SCL發(fā)送一定周期的脈沖（周期和PCLK有關，一般會在IIC的控制寄存器中設置）。SDA發(fā)送數(shù)據(jù)和SCL發(fā)送脈沖的要符合的關系是：SDA必須在SCL是高電平是保持有效，在SCL是低電平時發(fā)送下一位（SCL會在上升沿對SDA進行采樣）。規(guī)定一次必須傳8位數(shù)據(jù)，8位數(shù)據(jù)傳輸結束后A釋放SDA，但SCL再發(fā)一個脈沖（這是第九個脈沖），這會觸發(fā)B通過將SDA置為低電平表示確認（該低電平稱為ACK）。最后SCL先變?yōu)楦唠娖?#xff0c;SDA再變?yōu)楦唠娖?#xff08;以上兩個動作稱為結束標志）如果B沒有將SDA置為0，則A停止發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。IIC總線（即SDA和SCL）上的每個設備都有唯一地址，數(shù)據(jù)包傳輸時先發(fā)送地址位，接著才是數(shù)據(jù)。一個地址字節(jié)由7個地址位（可以掛128個設備）和1個指示位組成（7位尋址模式）。指示位是0表示寫，1表示讀。還有10位尋址模式，使用兩個字節(jié)來保存地址，第一個字節(jié)的最低兩位和第二個字節(jié)的8位合起來構成10位地址。

在I2C總線的應用中應注意的事項總結為以下幾點 :?
1） 嚴格按照時序圖的要求進行操作，?
2） 若與口線上帶內部上拉電阻的單片機接口連接，可以不外加上拉電阻。?
3） 程序中為配合相應的傳輸速率，在對口線操作的指令后可用NOP指令加一定的延時。?
4） 為了減少意外的干擾信號將EEPROM內的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在EEPROM內部沒有用的空間寫入標志字，每次上電時或復位時做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。

關于IIC總線的操作注意事項

1、對IIC總線的一次操作完之后，需要等待一段時間才能進行第二次操作。否則是啟動不了總線的：）
2、在時鐘線（SCL）為高電平的時候，一定不能動數(shù)據(jù)線（SDA）狀態(tài)，除非是啟動或者結束總線

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2、UART, SPI, IIC的區(qū)別與聯(lián)系：

第一個區(qū)別當然是名字：

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用異步收發(fā)器)
SPI(Serial Peripheral Interface：串行外設接口);
I2C(INTER IC BUS)


第二，區(qū)別在電氣信號線上：

SPI總線由三條信號線組成：串行時鐘(SCLK)、串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)、串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)。SPI總線可以實現(xiàn) 多個SPI設備互相連接。提供SPI串行時鐘的SPI設備為SPI主機或主設備(Master)，其他設備為SPI從機或從設備(Slave)。主從設備間可以實現(xiàn)全雙工通信，當有多個從設備時，還可以增加一條從設備選擇線。
如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個輸出口(SDO)，一個輸入口(SDI)，另一個口則視實現(xiàn)的設備類型而定，如果要實現(xiàn)主從設備，則需輸入輸出口，若只實現(xiàn)主設備，則需輸出口即可，若只實現(xiàn)從設備，則只需輸入口即可。

I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口標準，具有總線仲裁機制，非常適合在器件之間進行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。在它的協(xié)議體系中，傳輸數(shù)據(jù)時都會帶上目的設備的設備地址，因此可以實現(xiàn)設備組網(wǎng)。
如果用通用IO口模擬I2C總線，并實現(xiàn)雙向傳輸，則需一個輸入輸出口(SDA)，另外還需一個輸出口(SCL)。（注：I2C資料了解得比較少，這里的描述可能很不完備）

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UART總線是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結構要復雜很多，一般由波特率產(chǎn)生器(產(chǎn)生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發(fā)送器組成，硬件上由兩根線，一根用于發(fā)送，一根用于接收。
顯然，如果用通用IO口模擬UART總線，則需一個輸入口，一個輸出口。

第三，從第二點明顯可以看出，SPI和UART可以實現(xiàn)全雙工，但I2C不行；

第四，看看牛人們的意見吧！

wudanyu：I2C線更少，我覺得比UART、SPI更為強大，但是技術上也更加麻煩些，因為I2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，我覺得抗干擾能力較弱，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。SPI實現(xiàn)要簡單一些，UART需要固定的波特率，就是說兩位數(shù)據(jù)的間隔要相等，而SPI則無所謂，因為它是有時鐘的協(xié)議。
quickmouse：I2C的速度比SPI慢一點，協(xié)議比SPI復雜一點，但是連線也比標準的SPI要少。

UART一幀可以傳5/6/7/8位，IIC必須是8位。IIC和SPI都從最高位開始傳。

SPI用片選信號選擇從機，IIC用地址選擇從機。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的UART, SPI, IIC的详解及三者的区别和联系的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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