B站账号：小光学嵌入式
⏩ 大家好哇！我是小光，嵌入式爱好者，一个想要成为系统架构师的大二学生。
⏩最近开始系统性补习STM32基础知识，规划有：串口通信，Github，Ucos等等。
⏩今天总结一下串口通信，后面再在代码实现做讲解。
串口通信
1.工作原理
1.工作原理
2.传输步骤
3.UART优缺点
1.传输步骤
2.SPI优缺点
1.同步通信
2.异步通信
1.全双工：
2.半双工
1.串行通信
2.并行通信
串行与并行
全双工与半双工
同步通信和异步通信
一.SPI通信
二.UART通信
三.I2C通信
总结
串行与并行
1.串行通信
位通过单根线一一发送，下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输。
当时钟线为高电平时，接收数据位，高电平为1，低电平为0。
2.并行通信
数据位在导线中同时传输，下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的并行传输：
的当时钟线为高电平时，8个数据位同时接受数据，高电平为1，低电平为0
所以UART、SPI、I2C都是串口通信，因为它们都是通过一根线作为数据线传输数据。
全双工与半双工
1.全双工：
简单来说，比如我们在打电话时，我们可以在同一时间说话，这就是全双工通信；
2.半双工
相对的，虽然半双工也可以互相的通信，但是在同一时间只能单方向传输数据；
UART和SPI都是全双工通信方式，因为他们的数据线都有两根，即可以在同一时间A发数据给B，B也可以在这个时间发数据给A。如I2C通信，因为他只有一根数据线，所以他不能在同一时间双向传输数据。
同步通信和异步通信
同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。
1.同步通信
。发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。
2.异步通信
。发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。
所以SPI和I2C都是同步通信，因为他们都有时钟线，UART是异步通信方式，他只有两个数据线，发送完数据不会确认你是否接收到。
一.SPI通信
SPI可以无中断传输数据，可以连续地发送或接收任意数量的位。但是I2C和UART中，数据以数据包的形式发送，有限定位数。
在SPI设备中，设备分为主机控制设备（通常是微控制器）和从机（通常是传感器，显示器和存储芯片）设备，从机从主机那获取指令。
SPI信号线有四种：
MOSI-信号线：主机输出，从机输入；
MISO-信号线：主机输入，从机输出；
SCLK-时钟信号；
SS/CS-片选信号；
SPI协议特点
实际上，从机的数量受系统负载电容的限制，它会降低主机在电压电平之间准确切换的能力。
时钟信号
每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。 时钟信号由于是主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。
设备共享时钟信号的任何通信协议都称为同步。SPI是一种同步通信协议，还有一些异步通信不使用时钟信号。 例如在UART通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时序。
片选信号
主机通过拉低从机的CS/SS来使能通信。主机可以与存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个从机进行通信。
1.传输步骤
1.主机输出时钟信号
2.主机拉低SS/CS引脚，激活从机
3.主机通过MOSI将数据发送给从机
4.如果需要相应，则从机通过MISO将数据返回给从机
2.SPI优缺点
优点：无起始位和停止位，因此数据可以持续传输不会中断；数据传输速率快（比I2C快几乎两倍）。独立的MISO、MOSI可以同时发送和接收数据。
缺点：使用四根线（I2C使用两根线），没有信号接收成功的确认（I2C由此功能），没有任何形式的错误检查（UART中的奇偶校验位）。
二.UART通信
两个UART直接相互通信。发送UART将控制设备（如CPU）的并行数据转换位串行形式，以串行的形式将其发送到接收UART。只需要两条线即可在两个UART之间传输信息：
UART属于异步通信，没有时钟信号。它会在数据包中增加开始和停止位。这些位定义了数据包的开始和结束，因此接收UART知道何时读取这些数据。
当接收UART检测到起始位时，它将以特定的波特率的频率读取（数据传输速度的度量），以每秒比特数（bps）表示。两个UART必须以大约相同的波特率工作，发送的接收UART之间的波特率只能相差约10%。
1.工作原理
UART数据包包含有一个起始位，5到9个数据位（取决于UART），一个可选择的奇偶检验位以及一个或两个停止位：
screen-capture
起始位
UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电平电平。开始传输时发送UART在一个时钟周期内将传输线从高电平拉低到低电平，当接收UART检测到高电压转换时，他开始以波特率的频率读取数据帧中的位。
数据帧
数据帧内包含正在传输的实际数据。使用奇偶校验位是5-8位，不使用最多可以是9位。
校验位
奇偶校验位是接收UART判断传输期间是否有任何数据更改的方式。接收UART读取数据帧后，它将对值为1的数进行技术，并且检查总数是偶数还是奇数，是否与数据相匹配。
停止位
向数据包的结尾发出信号，发送UART将数据传输线从低电压驱动到高电压至少两位的时间。
2.传输步骤
1.发送UART从数据总线并行接收数据
2.发送UART将起始位、奇偶校验位和停止位添加到数据帧。
3.整个数据包从发送UART串行发送到接收UART。接收UART以预先配置的波特率对数据线进行采样。
4.接收UART丢弃数据帧中的起始位、奇偶校验位和停止位：
5.接收UART将串行数据转换回并行数据，并将其传输到接收端的数据总线：
3.UART优缺点
优点：
1.仅使用两根线
2.异步通信，无需时钟信号
3.具有奇偶校验位以允许进行错误检查、
4.只要双方都设置好数据包的结构
缺点：
1.数据帧的大小最大为9位
2.不支持多个从属系统或多个系统
3.每个UART的波特率必须在彼此的10%之内
三.I2C通信
半双工通信，它结合了SPI和UART的优点，可以将多个从机连接到单个主机（如SPI），也可以多个主机控制一个或多个从机。
接线：
SDA–数据线
SCL–时钟线
串行通信协议，需要时钟同步信号并且由主机控制。
1.工作原理
I2C的数据传输是以多个msg的形式进行。每个msg包括：从机二进制地址帧、以及一个或者多个数据帧、开始条件和停止条件，读/写位和数据帧之间的ACK/NACK位：
*
启动条件
当SCL为高电平时，SDA从高电平向低电平切换
停止条件
当SCL是高电平时，SDA由低电平向高电平切换
地址帧
每个从属设备唯一的7位或10位序列，用于主从设备之间的地址识别。
读/写位
一位，如果主机是向从机发送数据则为低电平，请求数据则为高电平
ACK/NACK
消息中的每个帧后均有一个ACK/NACK位。如果成功接收到地址帧或数据帧，接收设备会返回一个ACK位用于表示确认。
寻址
不同于SPI的片选线，它是寻址确认从机设备。
主机将要通信的从机地址发送给每个从机，然后每个从机将其与自己的地址进行匹配比较，如果匹配，他就向主机发送一个低电平ACK位。不匹配不执行操作，SDA保持高电平。
读/写位
位于地址帧的末尾。如果主机要向从机发送数据，则为低电平。如果是主机向从机发送请求数据，则为高电平。
数据帧
当主机检测到从机的ACK位后，就可以发送一个数据帧了。数据帧始终为8位，每个数据帧后紧跟一个ACK/NACK，未验证接收状态。发送完数据发送停止条件。
传输步骤
1.在SCL线为高电平时，主机通过将SDA线从高电平切换到低电平来启动总线通信。
2.主机向总线发送要与之通信的从机的7位或10位地址，以及读/写位
3.每个从机将主机发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配，则从机通过将SDA线拉低一位返回一个ACK位。如果主机的地址与从机的地址不匹配，则从机将SDA线拉高。
4.主机发送或接收数据帧；
5.传输完每个数据帧后，接收设备将另一个ACK位返回给发送方，以确认已成功接收到该帧；
6.随后主机将SCL切换为高电平，然后再将SDA切换为高电平，从而向从机发送停止条件。
I2C优点
1.仅仅使用两根线
2.支持多个主机和从机
3.硬件比UART更简单
I2C缺点
1.数据传输比SPI慢
2.数据帧大小限制为8位
总结
在不同的时候可以选择使用不同的通信方式去完成一个项目，或者在使用一些传感器的时候，他就是特定的通信方式，所以这些通信方式都要去了解去学习和实现的。
联系客服
