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1、SPI、UART、IIC总线的区别与联系SPI总线SPI （Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高 速、全双工、同步、串行通信总线，34线接口，以主从模式工作， 收发独立，可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备（Master），其 他设备为SPI从机或从设备（Slave）。SPI总线由三条信号线组成，分别是SCLK（串行时钟）、SDI（串 行数据输入）、SDO （串行数据输出）。当有多个从设备时，还可以增 加一条从设备选择线，CS是控制芯片是否被选中的，这样就可以实 现在同一总线上多个SPI设备互相连接。如果用
2、GPIO 口模拟SPI总线，必须要有一个输出口 （SDO），一个 输入口（SDI），另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从 设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实 现从设备，则只需输入口即可。SDI -主设备数据输入，从设备数据输出；SDO -主设备数据输出，从设备数据输入；SCLK -时钟信号，由主设备产生；CS -从设备使能信号，由主设备控制。SPI是一种允许一个主设备启动一个与从设备同步通讯的协议， 从而完成数据的交换。SPI是串行协议，也就是说数据是一位一位传 输的，这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，SDI、SDO则基于此脉冲完成数据
3、传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在 紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同 样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可 以完成8位数据的传输。这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串 行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送， 甚至允许暂停，因为SCLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变 时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCLK时钟 线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立， 所以允许同时完成数据的输入和输出。不同S
4、PI设备的实现方式不尽 相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采 集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制 确认是否接收到数据。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工 通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立 的使能信号，硬件上比12C系统要稍微复杂一些。$?【接口主要应用 在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数 字信号解码器之间。UART总线UART （Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通
5、用 异步收发器）总线是两线、全双工、异步串口，速度慢。比SPI、I2C 这两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器（产生的波 特率等于传输波特率的16倍）、UART接收器、UART发送器组成，硬 件上有两根线，一根用于发送，一根用于接收。数据是异步传输的，对双方的时序要求比较严格，通信速度也不 是很快，在多机通信上面用的最多。如果用GPIO 口模拟UART总线， 则需一个输入口，一个输出口。UART是用于控制计算机与串行设备的芯片，它提供了 RS-232C 数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用 RS-232C接口的串行设备通信了。大多数计算机包含两个基于RS232的
6、串口。串口同时也是仪器仪 表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232 口。同 时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。 尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发 送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。作为接口的一部分，UART还提供以下功能：将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流；将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行 数据的器件使用；在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据 流进行奇偶校验；在输出数据流中加
7、入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记;处理由键盘或鼠标发出的中断信号；可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题；有一些比较高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，现在比 较新的UART是16550，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区 内存储16字节数据。IlCClnter Integrated Circuit）总线是双向、两线（SCL、SDA）、 同步、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有竞争检测和总 线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在IIC的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址， 因此可以实现设备组网。如果用GPIO 口
8、模拟IIC总线，并实现双向传输，则需一个输入 输出口（SDA），另外还需一个输出口（SCL）。IIC总线最主要的优点是其简单性和有效性。I2C能用于替代标 准的并行总线，能连接各种集成电路和功能模块。只要求两条总线线 路：一条串行数据线SDA 一条串行时钟线SCL。IIC是多主控总线，总线上每一个设备都有一个独一无二的地址， 根据设备自己的能力，任何能够进行发送和接收的设备都能像主控器 一样工作，并控制总线。当然，在任何时间点上只能有一个主控，如 果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁，防 止数据被破坏。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。同步时钟允许器件通 过总线以不同的波特率进行通信。同步时钟可以作为停止和重新启动 串行口发送的握手方式。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减 少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度 可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。串行的8位双向数据传输位速率标准模式下可达100kbit/s快速模式下可达400kbit/s高速模式下可达3.4Mbit/s片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波保证数据完整。IIC使用上拉电阻，抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间 的通信，较少用于远距离通信。连接到相同总线的IC数量只受到总 线的最大电容400pF限制。
