MCU常见通信协议UART/SPI/I2C学习笔记

首先先了解通信的三种基本类型：

1. 单工通信：只允许一方向另一方传送信息，而另一方不能回传信息。
2. 半双工通信：数据可以在双方之间相互传播，但是同一时刻只能其中一方发给另外一方。
3. 全双工通信：发送数据的同时也能接收数据，两者同步进行，互不干扰。

UART、I2C和SPI是单片机系统中最常用的三种串行通信协议，实际应用中一般采用中断方式发送和接收，避免程序堵塞

一、UART

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用异步收发器）串行通信是单片机最常用的一种通信技术，通常用于单片机和计算机之间以及单片机和单片机之间的通信。

UART有发送和接收 2条 数据线，互不干扰，属于全双工通信方式，不同的MCU驱动方式也不相同，实际应用中一般会自定义收发数据格式，增加校验方法，避免数据出错，比如校验和和CRC校验。双方通信时需要设置相同波特率 ，调试碰到问题时首先检查两边实际波特率是否相同。

常见连接方式如下：

 通信数据格式如下图

起始位：发送一位逻辑电平0开始传输数据

空闲位：当为高电平时，无数据传输

数据位：先发低位再发高位，传输8位数据

校验位：奇偶校验，1的位数为偶数（偶校验），1的位数为奇数（奇校验）

停止位：发送逻辑电平1停止数据传输

 二、SPI

SPI（Serial Peripheral Interface串行外围设备接口）：是一种高速的、全双工、同步通信总线。（如MCU与EEPROM、FLASH、实时时钟、数字信号处理器之间的通信）

SPI主从模式有一点需要注意，SPI从机是没有时钟的，从机发送数据时，需要主机发送数据提供时钟信号。

SPI有4根线：

SSEL（SCS）：片选，从设备片选使能信号（一主机多从机情况）；

SCLK（SCK）：时钟，由主机产生，类似I2C的SCL；

MOSI（Master Output/Slave Input）：主机输出从机输入，主机给从机发送指令或者数据的通道；

MISO（Master Input/Slave Output）：主机输入从机输出，主机读取从机的状态或者数据的通道。

4种SPI模式：

CPOL（Clock Polarity）：时钟的极性。

CPHA（Clock Phase）：时钟的相位。

 当MCU作为SPI主机时通信格式如下图：

作为SPI从机时：

 三、I2C

I2C（Inter-Integrated circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，多用于连接微处理器及其外围设备（特别是外部存储器件）。I2C总线的主要特点是接口方式简单，两条线可以挂多个参与通信的器件，即多机模式，而且任何一个器件都可以作为主机，当然同一时刻只能有一个主机。UART通信多用于板间通信，比如单片机和计算机，这个设备和另外一个设备之间的通信。而I2C多用于板内通信，比如单片机和E2PROM。

在硬件上，I2C总线是由时钟总线SCL和数据总线SDA两条线构成，连接到总线上的所有器件的SCL都连到一起，所有SDA都连到一起。

I2C通信的起始信号后，首先要发送一个从机的地址，这个地址一共有7位，紧跟着的第8位是数据方向位（R/W），“0”表示接下来要发送数据（写），“1”表示接下来是请求数据（读）。需要注意的是，起始信号与停止信号都是由主机产生的。

1.起始信号：I2C通信的起始信号的定义是SCL为高电平期间，SDA由高电平向低电平变化产生一个下降沿，表示起始信号。

2.数据传输：I2C通信是高位在前，低位在后。I2C通信没有固定波特率，但要求当SCL在低电平的时候，SDA允许变化，也就是说，发送方必须先保持SCL是低电平，才可以改变数据线SDA，输出要发送的当前数据的一位；而当SCL在高电平的时候，SDA绝对不可以变化，因为这个时候，接收方要来读取当前SDA的电平信号是0还是1，因此要保证SDA稳定。

3.停止信号：I2C通信停止信号是SCL为高电平期间，SDA由低电平向高电平变化产生一个上升沿，表示结束信号。

通信数据格式如下图：

 1.主机发送：

 2.主机接收：

3.从机发送：

4.从机接收：

 如有问题，感谢指正！

作者：又来学习了呀