数字IC学习之协议篇：I2C、SPI、UART1.基本概念2.I2C3.SPI4.UART

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我是靠谱客的博主专一向日葵，最近开发中收集的这篇文章主要介绍数字IC学习之协议篇：I2C、SPI、UART1.基本概念2.I2C3.SPI4.UART，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

目标：

理解同步/异步通信、单工/半双工/全双工的概念
理解I2C、SPI、UART通信协议

I2C、SPI、UART都是串行通信协议，都是通过一根线作为数据线传输数据。

1.基本概念

1.1 同步通信/异步通信

同步：阻塞模式，发送方发送数据后，只有等到接收方响应后才能发送下一个数据包（带时钟线，SPI、I2C）
异步：非阻塞模式，发送方发送数据后，不考虑接收方进行响应直接发送下一个数据包（不带时钟线，UART）

1.2 单工/半双工/全双工

单工：一方发送数据，一方接收数据，数据只能单方向传输
半双工：双方均可发送数据，但同一时间，只能一方发送数据（I2C）
全双工：双方均可发送数据，同一时间，双方均可发送数据（UART、SPI）

2.I2C

2.1 信号线

两根信号线：

时钟线——SCL；
数据线——SDA；

2.2 工作原理

数据传输格式：以7位寻址格式为例，起始条件+从机地址(7bit)+读写位(1bit)+应答位(1bit)+数据位(8bit)+应答位(1bit)+停止条件

SDA和SCL需要接上拉电阻，总线空闲时应为高电平，且时钟信号仅由主机产生。接收方产生应答信号，注意即使是主发从收模式时地址也是由主机发送，地址应答信号都是从机给的。

数据格式：7位寻址、10位寻址、自由数据格式

更多详细工作原理可参考：文末链接中I2C部分

3.SPI

3.1 信号线

一般为四根信号线（也可以3线，单向传输）：

主出从入信号线——MOSI（用于主机向从机发送数据）；
主入从出信号线——MISO（用于从机向主机发送数据）；
时钟信号——SCLK；
片选信号线——SS/CS（用于选择从机设备，低有效）；

3.1 工作原理

数据传输格式：片选信号拉低选择从机，根据时钟极性和相位决定读取数据的方式

无起始位和停止位，数据可以持续传输不会中断；独立的MISO、MOSI可以同时发送和接收数据。通过串行时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）搭配出SPI的四种工作模式：

CPOL+CPHA=00/01/10/11：

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

更多详细工作原理可参考：文末链接中SPI部分

4.UART

4.1 信号线

两根信号线：

发送数据线——TX；
接收数据线——RX；

4.2 工作原理

数据传输格式：起始位+数据位+奇偶校验位+停止位

UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电平，发送和接收UART的波特率必须在彼此的10%之内。

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。