UART、IIC、SPI通信協(xié)議

1、UART、IIC、SPI通信協(xié)議UART 通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器，是電腦硬件的一部分。將資料由串行通信與并行通信間作傳輸轉(zhuǎn)換，作為并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成于其他通訊接口的連結(jié)上。通信協(xié)議 UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。 其中各位的意義如下： 起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”的信號(hào)，表示傳輸字符的開始。 資料位：緊接著起始位之后。資料位的個(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼。從最低

2、位開始傳送，靠時(shí)鐘定位。 奇偶校驗(yàn)位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)資料傳送的正確性。 停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1位、1.5位、2位的高電平。 由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。 空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有資料傳送。 數(shù)據(jù)傳送速率用波特率波特率來表示，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如數(shù)據(jù)傳送速率為

3、120字符/秒，而每一個(gè)字符為10位（1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1個(gè)結(jié)束位），則其傳送的波特率為101201200字符/秒1200波特。數(shù)據(jù)通信格式低位在前高位在后多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸注：異步通信是按字符傳輸?shù)?，接收設(shè)備在收到起始信號(hào)之后只要在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個(gè)字符起始位的到來又使同步重新校準(zhǔn)（依靠檢測起始位來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收方的時(shí)鐘自同步的）UART工作原理 發(fā)送數(shù)據(jù)過程發(fā)送數(shù)據(jù)過程 空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后，拉低線路一個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間T，接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，接著發(fā)送奇偶校驗(yàn)位和停止位（停止位為高電位），

4、一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。 接收數(shù)據(jù)過程接收數(shù)據(jù)過程 空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)檢測到線路的下降沿（線路電位由高電位變?yōu)榈碗娢唬r(shí)說明線路有數(shù)據(jù)傳輸，按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完畢后，接著接收并比較奇偶校驗(yàn)位是否正確，如果正確則通知后續(xù)設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)或存入緩存。10位串行字符收發(fā)時(shí)序圖IIC IIC為串行外設(shè)接口，IIC總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口標(biāo)準(zhǔn)，具有總線仲裁機(jī)制，通常兩線需要接上拉電阻，非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。IIC通信協(xié)議 IIC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保

5、持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。 起起始始信信號(hào)號(hào)：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)。 終終止信號(hào)止信號(hào) ：SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。起始信號(hào)和終止信號(hào)圖解數(shù)據(jù)傳送格式每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。如果一段時(shí)間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。AT24C02的芯片地址 AT24C02的芯片地址如圖，1010為固定，A0，A1，A2正好與芯片的1，2，3引

6、角對(duì)應(yīng)，為當(dāng)前電路中的地址選擇線，三根線可選擇8個(gè)芯片同時(shí)連接在電路中，當(dāng)要與哪個(gè)芯片通信時(shí)傳送相應(yīng)的地址即可與該芯片建立連接，TX-1B實(shí)驗(yàn)板上三根地址線都為0。最后一位R/W為告訴從機(jī)下一字節(jié)數(shù)據(jù)是要讀還是寫，0為寫入，1為讀出。寫過程時(shí)序圖 首先是起始信號(hào)，然后是目標(biāo)設(shè)備的7位地址+0，確認(rèn)目標(biāo)設(shè)備存在，收到響應(yīng)，接著是目標(biāo)設(shè)備的字節(jié)地址，字節(jié)地址存在，則收到響應(yīng)，然后發(fā)送一字節(jié)的數(shù)據(jù)，目標(biāo)設(shè)備收到后則響應(yīng)，一字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸完畢，從機(jī)釋放SDA總線，SDA線電平由低到高，傳輸結(jié)束。讀過程時(shí)序圖 首先是起始信號(hào)，然后是目標(biāo)設(shè)備的7位地址+0，確認(rèn)目標(biāo)設(shè)備存在，收到響應(yīng)，接著是目標(biāo)設(shè)備的字節(jié)地

7、址，字節(jié)地址存在，則收到響應(yīng)。然后重新開始，發(fā)送目標(biāo)設(shè)備的字節(jié)地址+1，收到響應(yīng)后讀取目標(biāo)地址的一字節(jié)數(shù)據(jù)，讀取結(jié)束。SPI SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，MOSI、MISO、SCLK、CS。 SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時(shí)）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的， MOSI（主機(jī)發(fā)送，從機(jī)接收）、MISO （從機(jī)發(fā)送，主機(jī)接收）、SCLK（時(shí)鐘）、CS（片選）。SPI的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中,SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作,且為全雙工通信,顯得簡單高效。在多個(gè)從器件的系統(tǒng)中,每個(gè)從器件需要獨(dú)立的使能信號(hào),硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。 SPI總線接口及時(shí)序 SPI 模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（CPOL）對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位（CPHA）能夠配置