UART、SPI、I2C串行通讯协议解释 同步/异步 全双工/半双工通信含义

欢迎加入QQ技术交流群：100479172

一、什么是同步/异步通信？

同步通信：一方发送，另一方应答，否则不进行下一次传输(带时钟同步信号传输)。

异步通信：一方发送，不考虑另一方是否收到，直接进行下一次传输（不带时钟同步信号）。

---

二、什么是全双工/半双工？

单工：单向通信，只能由一方发送数据，另一方接收。

半双工：双方都可发送数据，但同一时刻只能一方发送，一方接收。

全双工：双方都可发送数据，并且可同时发送数据。

---

三、常见通讯方式

UART： 全双工、异步通信
SPI ：    全双工、同步通信
I2C：     半双工、同步通信

---

四、UART（Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，异步串行收发器）

USART：通用同步和异步收发器
UART：通用异步收发器

区别：USART在异步通信的时候，它与UART没有什么区别，但是用在同步通信的时候，区别就很明显了，大家都知道同步通信需要时钟来触发数据传输，也就是说USART相对UART的区别之一就是能提供主动时钟。

串行接口（串口）：数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。

空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态。 
起始位：当要传输数据的时候先将数据线拉低，表示开始数据传输。 
数据位：即要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，低位在前，先传输，高位最后传输。 
奇偶校验位：这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可不使用。 
停止位：数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、1.5 位或 2 位高电平，一般都
选择 1 位停止位。 
波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数。 

---

五、I2C（Inter-Integrated Circuit）

• SCL(串行时钟线)
• SDA(串行数据线)

这两条数据线需要接上拉电阻，总线空闲的时候 SCL 和 SDA 处于高电平。I2C 总线标准模式下速度可以达到 100Kb/S，快速模式下可以达到 400Kb/S。

 1.起始位：在 SCL 为高电平的时候，SDA 出现下降沿就表示为起始位。

 2.停止位：在 SCL 位高电平的时候，SDA出现上升沿就表示为停止位。

3.数据传输：数据传输需要保证在 SCL 高电平期间，SDA 上的数据稳定 。

4.应答信号：主机发送完 8 位数据以后紧跟着的一个时钟信号就是给应答信号使用的。从机通过将 SDA 拉低来表示发出应答信号，表示通信成功，否则表示通信失败。 

5.I2C写时序：写入从机地址 + 读写位 + “写入”要写入的寄存器地址 + 写数据。

 6.I2C读时序：写入从机地址 + 读写位(写) + “写入”要写入的寄存器地址 + 再次写入从机地址 + 读写位(读) + 读数据

7.I2C多字节读写时序

多字节读写时序和单字节的基本一致，只是在读写数据的时候可以连续发送多个自己的数据，其他的控制时序都是和单字节一样的。 

---

六、SPI（Inter-Integrated Circuit 串行外设接口）

SPI 时钟频率相比 I2C 要高很多，最高可以工作在上百 MHz。因此，SPI 接口的通信速度很快，I2C 最多 400KHz，但是 SPI 可以到达几十MHz。 

一般 SPI 需要 4 根线，但是也可以使用三根线(单向传输)，标准的 4 线 SPI 含义如下：

1.CS/SS（Slave Select/Chip Select），这个是片选信号线，用于选择需要进行通信的从设备。I2C 主机是通过发送从机设备地址来选择需要进行通信的从机设备的，SPI 主机不需要发送从机设备，直接将相应的从机设备片选信号拉低即可。

2.SCK（Serial Clock），串行时钟，和 I2C 的 SCL 一样，为 SPI 通信提供时钟。 

3.MOSI/SDO（Master Out Slave In/Serial Data Output），简称主出从入信号线，这根数据线只能用于主机向从机发送数据，也就是主机输出，从机输入。

4.MISO/SDI（Master In Slave Out/Serial Data Input），简称主入从出信号线，这根数据线只能用户从机向主机发送数据，也就是主机输入，从机输出。 

通过串行时钟极性（CPOL）和相位（COPHA）搭配出SPI的四种工作模式： 

1. CPOL = 0:串行时钟低电平空闲
2. CPOL = 1:串行时钟高电平空闲
3. CPHA = 0:串行时钟第一个跳变沿传输数据
4. CPHA = 1:串行时钟第二个跳变沿传输数据

以CPOL = 0, CPHA = 0为例(低电平空闲, 第一个时钟信号边沿传输数据), SPI全双工通信时序图如下:

---

欢迎大家加入嵌入式linux技术交流群（QQ：100479172），也欢迎大家一起讨论C语言、C++、单片机、数据结构、Qt、Linux、IMX6ULL等技术

 创作不易，点个赞支持一下吧！