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電子設(shè)備之間的通信就像人類之間的交流，雙方都需要說相同的語言。在電子產(chǎn)品中，這些語言稱為通信協(xié)議。 之前有單獨地分享了SPI、UART、I2C通信的文章，這篇對它們做一些對比。 串行 VS 并行電子設(shè)備通過發(fā)送數(shù)據(jù)位從而實現(xiàn)相互交談。位是二進制的，只能是1或0。通過電壓的快速變化，位從一個設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備。在以5V工作的系統(tǒng)中，“0”通過0V的短脈沖進行通信，而“1”通過5V的短脈沖進行通信。 數(shù)據(jù)位可以通過并行或串行的形式進行傳輸。 在并行通信中，數(shù)據(jù)位在導(dǎo)線上同時傳輸。下圖顯示了二進制（01000011）中字母“C”的并行傳輸：  在串行通信中，位通過單根線一一發(fā)送。下圖顯示了二進制（01000011）中字母“C”的串行傳輸：  SPI通信SPI是一種常見的設(shè)備通用通信協(xié)議。它有一個獨特優(yōu)勢就是可以無中斷傳輸數(shù)據(jù)，可以連續(xù)地發(fā)送或接收任意數(shù)量的位。而在I2C和UART中，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送，有著限定位數(shù)。 在SPI設(shè)備中，設(shè)備分為主機與從機系統(tǒng)。主機是控制設(shè)備（通常是微控制器），而從機（通常是傳感器，顯示器或存儲芯片）從主機那獲取指令。 一套SPI通訊共包含四種信號線：MOSI (Master Output/Slave Input) – 信號線，主機輸出，從機輸入。MISO (Master Input/Slave Output) – 信號線，主機輸入，從機輸出。SCLK (Clock) – 時鐘信號。SS/CS (Slave Select/Chip Select) – 片選信號。  SPI協(xié)議特點 實際上，從機的數(shù)量受系統(tǒng)負載電容的限制，它會降低主機在電壓電平之間準確切換的能力。 工作原理 時鐘信號 每個時鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣热Q于時鐘信號的頻率。 時鐘信號由于是主機配置生成的，因此SPI通信始終由主機啟動。 設(shè)備共享時鐘信號的任何通信協(xié)議都稱為同步。SPI是一種同步通信協(xié)議，還有一些異步通信不使用時鐘信號。 例如在UART通信中，雙方都設(shè)置為預(yù)先配置的波特率，該波特率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜁r序。 片選信號 主機通過拉低從機的CS/SS來使能通信。 在空閑/非傳輸狀態(tài)下，片選線保持高電平。在主機上可以存在多個CS/SS引腳，允許主機與多個不同的從機進行通訊。  如果主機只有一個片選引腳可用，則可以通過以下方式連接這些從器件：  MOSI和MISO 主機通過MOSI以串行方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給從機，從機也可以通過MISO將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機，兩者可以同時進行。所以理論上，SPI是一種全雙工的通訊協(xié)議。 傳輸步驟 1. 主機輸出時鐘信號  2. 主機拉低SS / CS引腳，激活從機  3. 主機通過MOSI將數(shù)據(jù)發(fā)送給從機  4. 如果需要響應(yīng)，則從機通過MISO將數(shù)據(jù)返回給主機  使用SPI有一些優(yōu)點和缺點，如果在不同的通信協(xié)議之間進行選擇，則應(yīng)根據(jù)項目要求進行充分考量。 優(yōu)劣 優(yōu)點 SPI通訊無起始位和停止位，因此數(shù)據(jù)可以連續(xù)流傳輸而不會中斷；沒有像I2C這樣的復(fù)雜的從站尋址系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速率比I2C更高（幾乎快兩倍）。獨立的MISO和MOSI線路，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 缺點 SPI使用四根線（I2C和UART使用兩根線），沒有信號接收成功的確認（I2C擁有此功能），沒有任何形式的錯誤檢查（如UART中的奇偶校驗位等）。  UART代表通用異步接收器/發(fā)送器也稱為串口通訊，它不像SPI和I2C這樣的通信協(xié)議，而是微控制器中的物理電路或獨立的IC。
UART通信 工作原理 起始位： UART數(shù)據(jù)傳輸線通常在不傳輸數(shù)據(jù)時保持在高電壓電平。開始傳輸時發(fā)送UART在一個時鐘周期內(nèi)將傳輸線從高電平拉低到低電平，當接收UART檢測到高電壓到低電壓轉(zhuǎn)換時，它開始以波特率的頻率讀取數(shù)據(jù)幀中的位。 數(shù)據(jù)幀： 數(shù)據(jù)幀內(nèi)包含正在傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)。如果使用奇偶校驗位，則可以是5位，最多8位。如果不使用奇偶校驗位，則數(shù)據(jù)幀的長度可以為9位。 校驗位： 奇偶校驗位是接收UART判斷傳輸期間是否有任何數(shù)據(jù)更改的方式。接收UART讀取數(shù)據(jù)幀后，它將對值為1的位數(shù)進行計數(shù)，并檢查總數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)，是否與數(shù)據(jù)相匹配。 停止位： 為了向數(shù)據(jù)包的結(jié)尾發(fā)出信號，發(fā)送UART將數(shù)據(jù)傳輸線從低電壓驅(qū)動到高電壓至少持續(xù)兩位時間。 傳輸步驟
2.發(fā)送UART將起始位，奇偶校驗位和停止位添加到數(shù)據(jù)幀： 3.整個數(shù)據(jù)包從發(fā)送UART串行發(fā)送到接收UART。接收UART以預(yù)先配置的波特率對數(shù)據(jù)線進行采樣： 4.接收UART丟棄數(shù)據(jù)幀中的起始位，奇偶校驗位和停止位： 5.接收UART將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線： 優(yōu)劣 沒有任何通信協(xié)議是完美的，但是UART非常擅長于其工作。以下是一些利弊，可幫助您確定它們是否適合您的項目需求： 優(yōu)點
缺點
I2C通信I2C總線是由Philips公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可傳送信息。它結(jié)合了 SPI 和 UART 的優(yōu)點，您可以將多個從機連接到單個主機（如SPI那樣），也可以使用多個主機控制一個或多個從機。當您想讓多個微控制器將數(shù)據(jù)記錄到單個存儲卡或?qū)⑽谋撅@示到單個LCD時，這將非常有用。 SDA (Serial Data) – 數(shù)據(jù)線。 SCL (Serial Clock) – 時鐘線。 I2C是串行通信協(xié)議，因此數(shù)據(jù)沿著SDA一點一點地傳輸。與SPI一樣，I2C也需要時鐘同步信號且時鐘始終由主機控制。 工作原理 I2C的數(shù)據(jù)傳輸是以多個msg的形式進行，每個msg都包含從機的二進制地址幀，以及一個或多個數(shù)據(jù)幀，還包括開始條件和停止條件，讀/寫位和數(shù)據(jù)幀之間的ACK / NACK位： 啟動條件：當SCL是高電平時，SDA從高電平向低電平切換。 停止條件：當SCL是高電平時，SDA由低電平向高電平切換。 地址幀：每個從屬設(shè)備唯一的7位或10位序列，用于主從設(shè)備之間的地址識別。 讀/寫位：一位，如果主機是向從機發(fā)送數(shù)據(jù)則為低電平，請求數(shù)據(jù)則為高電平。 ACK/NACK：消息中的每個幀后均帶有一個ACK/NACK位。如果成功接收到地址幀或數(shù)據(jù)幀，接收設(shè)備會返回一個ACK位用于表示確認。 尋址 由于I2C沒有像SPI那樣的片選線，因此它需要使用另一種方式來確認某一個從設(shè)備，而這個方式就是 —— 尋址 。 主機將要通信的從機地址發(fā)送給每個從機，然后每個從機將其與自己的地址進行比較。如果地址匹配，它將向主機發(fā)送一個低電平ACK位。如果不匹配，則不執(zhí)行任何操作，SDA線保持高電平。 讀/寫位 地址幀的末尾包含一個讀/寫位。如果主機要向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，則為低電平。如果是主機向從機請求數(shù)據(jù)，則為高電平。 數(shù)據(jù)幀 當主機檢測到從機的ACK位后，就可以發(fā)送第一個數(shù)據(jù)幀了。數(shù)據(jù)幀始終為8位，每個數(shù)據(jù)幀后緊跟一個ACK / NACK位，來驗證接收狀態(tài)。當發(fā)送完所有數(shù)據(jù)幀后，主機可以向從機發(fā)送停止條件來終止通信。 傳輸步驟 1. 在SCL線為高電平時，主機通過將SDA線從高電平切換到低電平來啟動總線通信。 2. 主機向總線發(fā)送要與之通信的從機的7位或10位地址，以及讀/寫位： 3. 每個從機將主機發(fā)送的地址與其自己的地址進行比較。如果地址匹配，則從機通過將SDA線拉低一位返回一個ACK位。如果主機的地址與從機的地址不匹配，則從機將SDA線拉高。 4. 主機發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀： 5. 傳輸完每個數(shù)據(jù)幀后，接收設(shè)備將另一個ACK位返回給發(fā)送方，以確認已成功接收到該幀： 6. 隨后主機將SCL切換為高電平，然后再將SDA切換為高電平，從而向從機發(fā)送停止條件。 單個主機VS多個從機 由于I2C使用尋址功能，可以通過一個主機控制多個從機。使用7位地址時，最多可以使用128(27)個唯一地址。使用10位地址并不常見，但可以提供1,024(210)個唯一地址。如果要將多個從機連接到單個主機時，請使用4.7K歐的上拉電阻將它們連接，例如將SDA和SCL線連接到Vcc： 多個主機VS多個從機 I2C支持多個主機同時與多個從機相連，當兩個主機試圖通過SDA線路同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，就會出現(xiàn)問題。因此每個主機都需要在發(fā)送消息之前檢測SDA線是低電平還是高電平。如果SDA線為低電平，則意味著另一個主機正在控制總線。如果SDA線高，則可以安全地發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要將多個主機連接到多個從機，請使用4.7K歐的上拉電阻將SDA和SCL線連接到Vcc： 優(yōu)劣 與其他協(xié)議相比，I2C可能聽起來很復(fù)雜。以下是一些利弊，可幫助您確定它們是否適合您的項目需求： 優(yōu)點
缺點
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