串行总线 —— I2C、UART、SPI

本文介绍了I2C和SPI两种常见的串行通信总线。I2C仅使用两根线进行通信,适用于简单连接。SPI则是一种全双工、同步通信协议,速度更快,适用于对实时性要求较高的场景。

I2C,也叫 IIC,是一种常见的串行总线,它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

0. 电气知识

  • 开漏输出:Open drain output,不输出电压,低电平时接地,高电平时不接地。
  • 上拉电阻:pull-up resistor,

1. I2C

SDA 与 SCL 是 I2C 的两种双向信号线。

  • SDA:串行数据线;
  • SCL:串行时钟线;


这里写图片描述

2. SPI

SPI:Serial Peripheral Interface,是一种高速的(最高可达 10Mbps,远高于 I2C 和 UART),全双工(两根线),同步(统一的时钟信号,由 Master 提供 clock generator)的通信总线,比如用于两个单片机之间的数据传递与通信)。并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间。

  • SPI 协议:

    SPI 的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选,chip selected)。


    这里写图片描述
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    • MISO:Master Input Slave Output,MOSI:Master Output Slave Input;
    • SPI 数据是一位一位传输的,这就需要有时钟信号提供时钟脉冲,SDI/SDO 基于此脉冲完成数据传输
      • SCK 上升沿是读,下降沿是写;
第一个区别当然是名字: SPI(Serial Peripheral Interface:串行外设接口); I2C(INTER IC BUS:意为IC之间总线) UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:通用异步收发器) 第二,区别在电气信号线上: SPI总线由三条信号线组成:串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现 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)。主从设备间可以实现全双工通信,当有多个从设备时,还可以增加一条从设备选择线。 如果用通用IO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。 I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控(multi-master)接口标准,具有总线仲裁机制,非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中,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。 如果用通用IO口模拟I2C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)。(注:I2C资料了解得比较少,这里的描述可能很不完备) UART总线是异步串口,因此一般比前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,硬件上由两根线,一根用于发送,一根用于接收。 显然,如果用通用IO口模拟UART总线,则需一个输入口,一个输出口。 第三,从第二点明显可以看出,SPIUART可以实现全双工,但I2C不行; 第四,看看牛人们的意见吧! wudanyu:I2C线更少,我觉得比UARTSPI更为强大,但是技术上也更加麻烦些,因为I2C需要有双向IO的支持,而且使用上拉电阻,我觉得抗干扰能力较弱,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。SPI实现要简单一些,UART需要固定的波特率,就是说两位数据的间隔要相等,而SPI则无所谓,因为它是有时钟的协议。 quickmouse:I2C的速度比SPI慢一点,协议比SPI复杂一点,但是连线也比标准的SPI要少。 1、UART和USART两个别区说不出来,USART是新出的,不过区别在什么地方我也搞不清楚。UART就是两线,一根发送一根接收,可以全双工通信,线数也比较少。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。 2、SPI接口和上面UART相比,多了一条同步时钟线,上面UART的缺点也就是它的优点了,对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合,而且通信速度非常快。一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面,如大容量存储器等。 3、I2C接口也是两线接口,它是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输数据的,通信速度不高,程序写起来也比较复杂。一般单片机系统里主要用来和24C02等小容易存储器连接。
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