什么是单片机的通信接口

作为一名优秀的硬件工程师，相信在设计图纸和写程序的过程中，I2C和SPI芯片肯定是十分常见的，而且在许多项目这两者是比不可少的。那到底什么是IIC和SPI呢？今天小编就和大家分享一下。

对于许多初学者而言，包括小编在刚开始接触单片机的时候，经常听到同事说起I2C和SPI，但是一直不知道是什么意思。其实I2C和SPI和单片机的串口或者CAN一样都是一种通信接口，而且都是有标准的协议的，只是它们的时序不同，仅此而已。

在实际的使用过程中，用I2C的芯片最常见的是EEPROM芯片，比如AT24CXX系列。使用SPI通信的芯片一般外置FLASH芯片，蓝牙芯片，RFID等等。

I2C通信需要用到两个引脚：。SCL表示的是时钟引脚，SDA表示的是数据引脚。如下图所示。

(上面的图表示的是EEPROM芯片)

(上面的图表示的是时钟芯片)

SPI通信需要4个引脚：SPI_CS,SPI_SCK,SPI_MOSI,SPI_MISO。SPI通信芯片的引脚名称一般都是这种写法，例如SPI_MOSI表示的意思就是“主机输出从机输入”主机一般就是指我们的单片机，从机是指待操作的芯片。

SPI标准的通信过程是：先把片选SPI_CS引脚拉低，SPI_SCK引脚输出时钟，然后就可以在SPI_SMOSI引脚上输出数据，同时可以在MISO上获得数据了。

(下面这幅图是一个SPI FLASH的芯片，芯片引脚和标注的名称意思一致)

目前市场上常见的单片机中，大部分使用的都是带有I2C口和SPI口的，有的还有有可能还会有好几个I2C口和SPI口。比如现在比较流行的STM32，Freescale，NXP，PIC等单片机。但是有的单片机本身不带硬件I2C口和SPI口的，也可以通过模拟的方式通信。并且对于新手而言，学习一下用普通引脚模拟是十分有必要的，以为这样对他们的通信本质理解更深刻。

在实际的通信全程中，其实单片机就是要控制相应引脚的高低电平，或者检测输入引脚的高低电平的过程。IIC和SPI就是控制引脚的高低电平，本质上和点灯没什么区别，只是在时序上有标准的要求。

IIC中是用两条线来通信，一条时钟线（SCK），一条数据线（SDA）。时钟线用来产生一个脉冲，再说的直接一点，就是把引脚变高变低的信号，用延时函数来确定频率。如下图：这就是个时钟信号

比如我们规定，在SCK高电平时，读取SDA的电平，连续8个SCK读一个字节。数据的那一端，在检测到低电平的时候，就把要发送的数据按照位体现在数据引脚上面。例如一个数据：0x88，写成二进制以后就是1000 1000。我们来看一下传输这个数据的过程：从机检测时钟引脚，检测到一个下降沿（就是从高电平落到了低电平），就把要发送的数据的bit7体现在数据引脚上，例如1000 1000的bit7是1，就把数据引脚变高电平，主机在时钟引脚的高电平，检测这个数据引脚，把这个位记录下来，从机再次发现时钟引脚的下降沿后，再把数据的bit6体现在数据引脚上，由于1000 1000 的bit6是0，所以从机把数据引脚拉低，然后当时钟引脚为高电平的时候，主机检测数据引脚的高低电平，再把bit6记录下来,……以此8次，就可以把一个字节由从机传输到主机了。是不是很简单呢？

SCK的速率，是指数据传输的快慢，通过控制SCK电平之间的时间间隔就可以。

I2C通信，SPI通信，只不过是在我刚才讲的例子上面，又多了一些协议内容。具体的协议，你们随便找一个I2C和SPI通信接口的芯片看一下时序图就可以了。我们要做的，就是用单片机的引脚，把它的时序做出来。

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单片机常用IIC、SPI、UART接口介绍

很多人听到IIC总线、SPI总线、485总线什么的就会晕，其实，数据传输的接线方式，大体上就是两种：一种是并行接口，一种是串行接口。

并行接口是什么？用并行方式来传输数据的接口。假如我想传输几个8位的数据，那好，单片机上用8个IO传送数据，每次就能传送一个。假如想传输几个16位的数据呢？那就要用16个IO！优点是速度快，缺点是占用的IO太多了。

串行接口是什么？是指数据在有限的几个IO上按照顺序，一位一位的进行传输。这类有很多：UART、IIC、SPI、CAN、USB等等，只要是串行传输的接口，都是串口的一种。但是由于早期人们都习惯把UART口称为串口，导致很多人都习惯了说串口的时候特指UART口。

IIC接口

IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线），这种总线类型是由飞利浦半导体公司在八十年代初设计出来的一种简单、双向、二线制、同步串行总线，主要是用来连接整体电路(ICS) ，IIC是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。主要包括启始、停止、读、写、应答信号。这种方式简化了信号传输总线接口。

IIC总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据。

能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像

主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作

为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。

SPI接口

SPI 是英语 Serial Peripheral Interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI 是一种高速的、全双工、同步通信总线，标准的 SPI 也仅仅使用 4 个引脚，常用于单片机和 EEPROM、FLASH、实时时钟、数字信号处理器等器件的通信。SPI 通信原理比 I2C要简单，它主要是主从方式通信，这种模式通常只有一个主机和一个或者多个从机，标准的 SPI 是 4 根线，分别是 SSEL（片选，也写作 SCS）、SCLK（时钟，也写作 SCK）、MOSI（主机输出从机输入Master Output/Slave Input）和 MISO（主机输入从机输出 Master Input/Slave Output）。

在时序上，SPI 是不是比 I2C要简单的多？没有了起始、停止和应答，UART 和 SPI 在通信的时候，只负责通信，不管是否通信成功，而 I2C却要通过应答信息来获取通信成功失败的信息，所以相对来说，UART 和 SPI 的时序都要比 I2C简单一些。

SPI总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此SPII总线占用的空间非常小，减少了

电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率

支持40个组件。SPI总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都

可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

UART接口

UART是串行异步通信接口，它包括RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口规范和 标准规范，即UART是串行异步通信口的总称。

串口通信的概念非常简单，串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米;而对于串口而言，长度可达1200米。

通信使用3根线完成：(1)地线，(2)发送，(3)接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

UART、SPI、I2C区别

1、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。

SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行

UART：通用异步串行口。按照标准波特率完成双向通讯，速度慢

SPI:一种串行传输方式,三线制,网上可找到其通信协议和用法的3根线实现数据双向传输串行外围接口

（Serial peripheral Interface）

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