spi和iic和uart_spi接口和uart接口区别

UART、RS232、RS485、IIC、SPI5大常用协 议原理、应用场景及异同对比 　　一、UART总线通信协议 　　1.1 原理 　　串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备的RXD接口。 在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成， 通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据 　　
　　1.2 波特率 　　本章中主要讲解的是串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号，所以两个通讯设备之间需要约定好波特率， 即每个码的长度，以便对信号进行解码，上图中用虚线分开的每一格就是代表一个码。常见的波特率为4800、9600、等。 　　1.3 通讯的起始和停止信号 　　串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。 数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。 　　1.4 有效数据 　　在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据 有效数据的长度常被约定为5、6、7或8位长。 　　1.5 数据校验 　　在有效数据之后，有一个可选的数据校验位，由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差 可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无校验(noparity)，它们介绍如下： 奇校验要求有效数据和校验位中”1″的个数为奇数，比如一个8位长的有效数据为：0，此时总共有4个”1″，为达到奇校验效果，校验位为”1″， 最后传输的数据将是8位的有效数据加上1位的校验位总共9位。 偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中”1″的个数为偶数，比如数据帧：，此时数据帧”1″的个数为4个，所以偶校验位为”0″。 0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为”0″，1校验是校验位总为”1″。 在无校验的情况下，数据包中不包含校验位。 　　二、IIC总线通信协议 　　2.1 IIC总线简介 　　I2C是Inter-Integrated Circuit的简称，读作：I-squared-C。 由飞利浦公司于1980年代提出，为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边外部设备而发展。 主要用途：SOC和周边外设间的通信（如：EEPROM，电容触摸芯片，各种Sensor等）。 　　2.2 物理接口 　　I2C总线只使用两条双向漏极开路的信号线（串行数据线：SDA，及串行时钟线：SCL），并利用电阻上拉。  　　I2C总线仅仅使用SCL、SDA两根信号线，就实现了设备间的数据交互，极大地简化了对硬件资源和PCB板布线空间的占用。  　　I2C总线广泛应用在EEPROM、实时时钟、LCD、及其他芯片的接口。  　　I2C允许相当大的工作电压范围，典型的电压基准为：+3.3V或+5V。 　　SCL（Serial Clock）：串行时钟线，传输CLK信号，一般是主设备向从设备提供  　　SDA（Serial Data）：串行数据线，传输通信数据 I2C使用一个7bit的设备地址，一组总线最多和112个节点通信。最大通信数量受限于地址空间及400pF的总线电容。  　　常见的I2C总线以传输速率的不同分为不同的模式：标准模式（100Kbit/s）、低速模式（10Kbit/s）、快速模式（400Kbit/s）、高速模式（3.4Mbit/s）， 时钟频率可以被下降到零，即暂停通信。 该总线是一种多主控总线，即可以在总线上放置多个主设备节点，在停止位（P）发出后，即通讯结束后，主设备节点可以成为从设备节点。 主设备节点：产生时钟并发起通信的设备节点 从设备节点：接收时钟并响应主设备节点寻址的设备节点 　　
　　1)I2C通信双方地位不对等，通信由主设备发起，并主导传输过程，从设备按I2C协议接收主设备发送的数据，并及时给出响应。  　　2）主设备、从设备由通信双方决定（I2C协议本身无规定），既能当主设备，也能当从设备（需要软件进行配置）。  　　3）主设备负责调度总线，决定某一时刻和哪个从设备通信。同一时刻，I2C总线上只能有一对主设备、从设备通信。  　　4）每个I2C从设备在I2C总线通讯中有一个I2C从设备地址，该地址唯一，是从设备的固有属性，通信中主设备通过从设备地址来找到从设备。 　　2.3 总线状态 　　空闲态：没有设备发生通信 忙态：其中一个从设备和主设备通信，I2C总线被占用，其他从设备处于等待状态 　　2.4 通信协议 　　时序：在通信中时序是通信线上按时间顺序发生的电平变化，及这些电平变化对通信的意义。 每个通信周期都由一个起始位开始通信，由一个结束位结束通信，中间部分是传递的数据。 每个通信周期，主设备会先发8位的从设备地址（从设备地址由高7位的实际从设备地址和低1位的读/写标志位组成），主设备以广播的形式发送从设备地址，I2C总线上的所有从设备收到地址后，判断从设备地址是否匹配，不匹配的从设备继续等待，匹配的设备发出一个应答信号。 同一时刻，主设备、从设备只能有一个设备发送数据。 　　2.4.1 起始位和停止位 　　I2C总线通讯由起始位开始通讯，由结束位停止通讯，并释放I2C总线。起始位和结束位都由主设备发出。 起始位（S）：在SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平 结束位（P）：在SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平 　　
　　2.4.2 数据格式与应答 　　I2C数据以字节（即8bits）为单位传输，每个字节传输完后都会有一个ACK应答信号。应答信号的时钟是由主设备产生的。 应答（ACK）：拉低SDA线，并在SCL为高电平期间保持SDA线为低电平 非应答（NOACK）：不要拉低SDA线（此时SDA线为高电平），并在SCL为高电平期间保持SDA线为高电平 在传输期间，如果从设备来不及处理主设备发送的数据，从设备会保持SCL线为低电平，强迫主设备等待从设备释放SCL线，直到从设备处理完后，释放SCL线，接着进行数据传输。 　　
　　2.5 数据传输通讯 　　2.5.1 写数据 　　开始数据传输后，先发送一个起始位（S），主设备发送一个地址数据（由7bit的从设备地址， 和最低位的写标志位组成的8bit字节数据，该读写标志位决定数据的传输方向）， 然后，主设备释放SDA线，并等待从设备的应答信号（ACK）。每一个字节数据的传输都要跟一个应答信号位。数据传输以停止位（P）结束，并且释放I2C总线。 　　
　　2.5.2 读数据 　　开始通讯时，主设备先发送一个起始信号（S），主设备发送一个地址数据（由7bit的从设备地址，和最低位的写标志位组成的8bit字节数据）， 然后，主设备释放SDA线，并等待从设备的应答信号（ACK），从设备应答主设备后，主设备再发送要读取的寄存器地址，从设备应答主设备（ACK）， 主设备再次发送起始信号（Sr），主设备发送设备地址（包含读标志），从设备应答主设备，并将该寄存器的值发送给主设备； 　　
　　三、SPI总线通讯协议 　　3.1 什么是SPI 　　SPI接口是Motorola首先提出的全双工同步串行总线 采用主从模式（Master Slave）架构；支持多slave模式应用 在实际开发过程中，大多数采用单Master，多SLAVE模式 时钟由Master控制，在时钟移位脉 冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，也可以低位在前，高位在后 SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，目前应用中的数据速率可达几Mbps的水平。 　　3.2 SPI总线硬件连接 　　SPI四根信号线  　　设备选择线：NSS  　　时钟线：SCL  　　串行输出数据线：MOSI  　　串行输入数据线：MISO  　　M:master O:output S:slave I:input  　　（1）MOSI：主器件数据输出(写)，从器件数据输入(读) •  　　（2）MISO：主器件数据输入，从器件数据输出  　　（3）SCLK ：时钟信号，由主器件产生 　　（4）/SS：从器件使能信号，由主器件控制（片选线） 　　
　　3.3 SPI优点 　　支持全双工通信 通信简单 数据传输速率快 　　3.4 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，所以跟IIC总线协议比较在数据，可靠性上有一定的缺陷。 　　3.5 协议通信时序详解 　　
　　起始信号: NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号  　　结束信号：NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号  　　数据传输：SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。 MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行 的。SPI每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制 　　3.6 SPI总线通信模式 　　
　　
　　
　　四、RS232总线描述 　　4.1 概述 　　RS-232接口符合电子工业联盟（EIA）建立的串行数据通信接口标准。 原始编号是EIA-RS-232（简称232，RS232），它广泛用于计算机串行接口外设连接。连接电缆以及机械、电气、信号和传输过程。 RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。  　　4.2 特性 　　RS-232是现在主流的串行通信接口之一。由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点： （1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3—-15V；逻辑“0”：+3—+15V，噪声容限为2V。即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。 （2）传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps；因此在51CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。 （3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 （4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。 　　五、RS485概述 　　5.1 场景 　　在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线，RS-485采用平衡发送和差分接收 因此具有抑制共模干扰的能力，加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制 　　5.2 RS485特点 　　RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。针对RS-232-C的不足，新标准RS-485具有以下特点：  　　（1）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差+2V~+6V表示，逻辑“0”以两线间的电压差-6V~-2V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不容易损坏接口电路芯片，且该电平与TTL电平兼容，刻方便与TTL电路连接。  　　（2）数据最高传输速率为：10Mbps （ 　　3）RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，即抗噪声性能好。  　　（4）RS-485接口的最大传输距离标准值4000英尺，实际上可达3000米。 （5）RS-232-C接口在总线上只允许连接一个收发器，即单站能力；而RS-485接口在总线上只允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立设备网络。 　　五、IIC总线和SPI总线对比 　　5.1 相同点 　　1.均采用串行同步总线  　　2.都采用TTL电平  　　3.主从模式架构 　　5.2 不同点 　　1.IIC总线为半双工通信，因为IIC总线只有一根SDA数据线  　　2.SPI总线为全双工通信，因为SPI总线有两个单向的数据线(MOSI和MISO) 3.IIC总线有应答信号，SPI总线没有应答信号  　　4.IIC总线通过寻址进行选择和哪一个从机进行通信  　　5.SPI总线通过片选线选择和哪一个从机进行通信，片选线向从机发送使能信号  　　6.比如说有10个从机设备，需要10根片选线，比较浪费硬件引脚资源  　　7.IIC总线通过高低电平的变化进行数据传输 8.SPI总线边沿触发，边沿采样 　　六、RS232和RS484总线对比 　　工作模式：RS232 为全双工，RS485 为半双工。  　　传输方式：RS485和RS232只是物理协议的通信（即接口标准），RS485是差分传输方式，RS232是单端传输方式，但通信程序没有太大区别  　　信号线：RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线。RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线  　　抗干扰性：RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。RS232接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰  　　传输距离：RS485接口的最大传输距离标准值为1200米(9600bps时)，实际上可达3000米，RS232传输距离有限，最大传输距离标准值为50米，实际上也只能用在15米左右 通信能力：RS485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器，用户可以利用单一的 RS485 接口方便地建立起设备网络，RS232只允许一对一通信  　　传输速率：RS232传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps，RS485的数据最高传输速率为10Mbps 电气电平值：RS485的逻辑”1″以两线间的电压差为+(2-6)V 表示;逻辑”0″以两线间的电压差为-(2-6)V表示，在 RS-232中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系，即：逻辑”1″，-(5-15)V；逻辑”0 ” +(5- 15)V 。