常见通信协议

博客内容：UART,IIC,SPI

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一、UART

一种串行通信接口协议，用于在计算机系统和外部设备之间进行数据传输。UART可以支持异步和同步两种通信方式。在异步通信方式下，数据传输不需要在发送方和接收方之间进行定时同步，而是通过发送方和接收方之间约定好的数据传输速率进行数据传输。在同步通信方式下，发送方和接收方之间需要以相同的时钟信号进行同步。一个串行的，全双工的通信方式。

通信中的方式单工、半双工、全双工介绍就像是一条道路进行数据的交换时

就像是单车道只能指定数据的方向进行数据的前进单工。

半双工就好像一个独木桥虽然可以提供数据的来来往往，但是在一边的数据通过时是没有另外一边是不能够进行数据的来往的需要等待一边数据结束才可以让另外一边的数据传输半双工。

全双工就是正常的马路通道了，数据来来往往互不干涉。也就是多出一条道来。

但实际上在进行数据的传输时采用就是0、1来进二进制数据的传输，对于UART来说在空闲时间的就是高电平。
时序图

但是为了看出数据的0、1和空闲状态作出区分。采用了开始时由空闲状态的高电平到低电平的一个转换就是起始位。提醒接受方数据的传输开始了。然后就是进行数据的传输，一般是5-8位的大小传输。也就是说最多一个字节，其中包含了数据的校验位。校验位是为了便于后面数据的一个简单检查。通过统计数据包中1的个数，来实现对于数据的简单检查。

1010 1100中1的个数是4个，但是一旦个数没变但是位置变化也不能够检查出来。

当然校验位也可以不用设置。最后一个就是停止位，也就是恢复成为高电平状态。这样就是一次串口数据发送了。当然对于数据的传输肯定不会只有一个数据，遇见多个数据都需要进行进行数据的传输的，就要考虑哪些位是一个数据包的？如果出现来0011、01怎样区别？

对于发送方和接受方来说开始第一个可能会出错，随着时间的变化就会出现一次错一个，后面全乱套的错误。为了避免这个错误采用波特率来进行一个数据的读取。波特率在一秒内读取数据的位数。常见就是9600bps。这样按照时间间隔进行数据的读取就不会出错。

二、IIC

IIC通信是一种同步串行通信协议，也称为TWI（Two-Wire Interface），由Philips公司创建，用于在微控制器和外围设备之间进行通信。其特点是使用两根线（串行数据线SDA和串行时钟SCL），支持多主设备和多从设备的连接，并且可以动态添加或删除从设备。

在IIC通信中，主设备控制通信时序，发送起始信号和停止信号，同时将设备地址和读/写控制信息发送给从设备。从设备接收到地址匹配后，回复应答信号，然后主设备可以对从设备进行读写操作。
时序图

在空闲时SCL,SDA都是高电平，其实信号就是SCL处于高电平，SDA处于低电平，就是数据的开始。然后就是进行数据的发送，数据依旧是一个字节大小。但是在多个设备中需要确定给哪个从机发送放的数据。就会出现一个7位的地址，还有一位是决定数据发送的方向，如果是0表示主机需要向从机中写数据，1就是主机读取从机数据。方向一旦确定就不会改变，然后还有个应答信号。就像是通过这样条线喊一个人的名字，然后在这条线上的人都能听见，确认过后进行回应。
不论是主机给从机发数据，还是从机给主机发数据，都需要的是开始主机发送地址和数据方向然后发从机应答，然后重复发送一字节数据+应答。完成后就是结束信号（SDA恢复高电平）。
其中比较特殊的是主机给从机发，然后从机再发给主机，虽然也要进行地址和方向的确认，但是在主机做完这些后不会出现终止信号而是直接就是地址+方向。
同样为了解决数据的读取出错，就是用了在SCL高电平时,SDA不允许发生电平变化，这是为了数据读取，SCL处于低电平，SDA才会进行数据的写入。

三、SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种串行通信协议，常被应用于外围设备与微控制器之间的通信。它采用全双工通信方式，由一个主设备和一个或多个从设备组成。

SPI协议的通信流程：主设备先通过片选信号选中从设备，然后在时钟信号的控制下，主设备向从设备发送数据，同时也会接收从设备返回的数据。通信结束后，主设备释放片选信号，从设备进入空闲状态等待下一次通信。
时序图

SPI的数据读取与IIC数据读取类似。可以说SPI就是IIC的升级版，将IIC的地址部分单独拿出作为片选。与IIC不同就是IIC规定好了读写数据时的相位和极性。

Mode	CPOL	CPHA	SCK (时钟)	数据采样
0	0	0	低电平	前沿
1	0	1	低电平	后沿
2	1	0	高电平	后沿
3	1	1	高电平	前沿

• CPOL (时钟极性): 表示时钟信号的空闲状态时候是高电平还是低电平。0表示空闲状态时为低电平，1表示空闲状态时为高电平。
• CPHA (时钟相位): 表示数据什么时候被采样。0表示数据在时钟的前沿采样，1表示数据在时钟的后沿采样。
• SCK (时钟): SPI总线中由主设备(Master)控制的时钟信号。
• 数据采样: 表示数据被采样的时刻，可以是前沿采样或后沿采样。

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总结

UART是一种通信协议，用于串行通信；SPI是一种同步串行通信协议，用于连接外部设备；IIC是一种串行通信协议，用于连接芯片间通信。