单片机常用的几种通信接口，I2C、SPI、UART等

在嵌入式系统中，板上通信接口是指用于将各种集成电路与其他外围设备交互连接的通信通路或总线。以下内容为常用板上通信接口：包括I2C、SPI、UART、1-Wire：

I2C总线

I2C总线是一种同步、双向、半双工的两线式串行接口总线。这里，半双工的含义是指在任意给定的时刻，只有一个方向上是可以通信的。I2C总线最早由Philips半导体公司于20世纪80年代研发面市。I2C最初的设计目标是为微处理器/微控制器系统与电视机外围芯片之间的连接提供简单的方法。I2C总线由两条总线组成：串行时钟线SCL和串行数据线SDA。SCL线——负责产生同步时钟脉冲。SDA线——负责在设备间传输串行数据。I2C总线是共享的总线系统，因此可以将多个I2C设备连接到该系统上。连接到I2C总线上的设备既可以用作主设备，也可以用作从设备。主设备负责控制通信，通过对数据传输进行初始化/终止化，来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。从设备则是等待来自主设备的命令，并响应命令接收。主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备，同步时钟信号都只能由主设备产生。在相同的总线上，I2C支持多个主设备的同时存在。图1-1显示了I2C总线上主设备和从设备的连接关系。当总线空闲时，SDA 和SCL 都处于高电平状态，当主机要和某个从机通讯时，会先发送一个开始条件，然后发送从机地址和读写控制位，接下来传输数据（主机发送或者接收数据），数据传输结束时主机会发送停止条件。传输的每个字节为8 位，高位在前，低位在后。

一般从机地址有7 位地址模式和10 位地址模式两种，如果是10 位地址模式，第一个字节的头7 位是11110XX 的组合，其中最后两位（XX）是10 位地址的两个最高位，第二个字节为10 位从机地址的剩下8 位，如下图所示：

SPI总线

SPI总线是同步、双向、全双工的4线式串行接口总线，最早由Motorola公司提出。SPI是由“单个主设备+多个从设备”构成的系统。需要说明的是：在系统中，只要任意时刻只有一个主设备是处于激活状态的，就可以存在多个SPI主设备。常运用于EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器、数字信号处理器和数字信号解码器之间实现通信。为了实现通信，SPI共有4条信号线，分别是：（1）主设备出、从设备入（Master Out Slave In，MOSI）：由主设备向从设备传输数据的信号线，也称为从设备输入（Slave Input/Slave Data In，SI/SDI）。（2）主设备入、从设备出（Master In Slave Out，MISO）：由从设备向主设备传输数据的信号线，也称为从设备输出（Slave Output/Slave Data Out，SO/SDO）。（3）串行时钟（Serial Clock，SCLK）：传输时钟信号的信号线。（4）从设备选择（Slave Select，SS）：用于选择从设备的信号线，低电平有效。SPI使用方法：上图所示芯片有2 个SPI 控制器，SPI 控制器对应SPI 主设备，每个SPI 控制器可以连接多个SPI从设备。挂载在同一个SPI 控制器上的从设备共享3 个信号引脚：SCK、MISO、MOSI，但每个从设备的CS 引脚是独立的.主设备通过控制CS 引脚对从设备进行片选，一般为低电平有效。任何时刻，一个SPI 主设备上只有一个CS 引脚处于有效状态，与该有效CS 引脚连接的从设备此时可以与主设备通信。所以，SPI通信方式可以使用“一主多从”的结构进行通信。每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，主设备启动数据传输并产生时钟信号，从设备被主设备寻址，同一时刻只允许有一个主设备。从设备的时钟由主设备通过SCLK 提供，MOSI、MISO 则基于此脉冲完成数据传输。SPI 的工作时序模式由CPOL（Clock Polarity，时钟极性）和CPHA（Clock Phase，时钟相位）之间的相位关系决定，CPOL 表示时钟信号的初始电平的状态，CPOL 为0 表示时钟信号初始状态为低电平，为1 表示时钟信号的初始电平是高电平。CPHA 表示在哪个时钟沿采样数据，CPHA 为0 表示在首个时钟变化沿采样数据，而CPHA 为1 则表示在第二个时钟变化沿采样数据。根据CPOL 和CPHA 的不同组合共有4 种工作时序模式：CPOL=0，CPHA=0、CPOL=0，CPHA=1、CPOL=1，CPHA=0、CPOL=1，CPHA=1

UART

UART——通用异步收发传输器，UART 作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。在应用程序开发过程中使用频率较高的数据总线。基于UART的数据传输是异步形式的串行数据传输。基于UART的串行数据传输不需要使用时钟信号来同步传输的发送端和接收端，而是依赖于发送设备和接收设备之间预定义的配置。对于发送设备和接收设备来说，两者的串行通信配置（波特率、单位字的位数、奇偶校验、起始位数与结束位、流量控制）应该设置为完全相同。通过在数据流中插入特定的比特序列，可以指示通信的开始与结束。当发送一个字节数据的时候，需要在比特流的开头加上起始位，并在比特流的末尾加上结束位。数据字节的最低位紧接在起始位之后。UART 串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要2 根传输线就可以实现双向通信，一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。UART 串口通信有几个重要的参数，分别是波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶检验位，对于两个使用UART 串口通信的端口，这些参数必须匹配，否则通

1-Wire接口

1-Wire接口是由Maxim Dallas半导体公司（首页为http://www.maxim-ic.com）开发的异步半双工通信协议，也称为Dallas 1-Wire®协议。其中，按照主-从通信模型，只使用单条信号线DQ实现通信。1-Wire总线的一个重要特征在于，该总线允许在信号线上传输能量。1-Wire接口支持在总线上连接单个主设备以及一个或多个从设备。

并行接口

板上并行接口（parallel interface）通常用于系统与外围设备之间的通信，其中，外围设备通过存储器映射到系统的主控端。只要嵌入式系统的主控处理器/控制器含有并行总线，支持并行总线的设备就可以直接连接到该总线系统上。外围设备与主控端之间具有控制信号接口，可以控制并行总线上的数据通信。这里，通信的控制信号包括读/写信号和设备选择信号。一般说来，外围设备具有设备选择线；只有当主控处理器选通该线的时候，该设备才是有效的。数据传输的方向可以是从主控端到外围设备，也可以是从外围设备到主控端；这是通过读和写控制信号线进行控制的。只有主控处理器能够控制读控制信号和写控制信号。一般说来，外围设备通过存储器映射到主控处理器，从而可以访问分配的地址范围。此时，设备需要使用地址译码电路来产生芯片选择信号。当处理器选择的地址位于设备指定范围内的时候，译码电路对芯片选择线进行触发，从而激活设备。然后，处理器可以使能相应的控制线（分别是RD\与WD\），从而由设备读出数据，或者是向设备写入数据。为了实现并行通信，系统需要严格遵循时序规范。前面已经提到过，并行通信是由主控处理器启动的。如果某外围设备想要对通信进行初始化，那么可以向处理器发出中断，告知相关信息。为了实现上述功能，设备的中断线需要连接到处理器的中断线上，并且主控处理器需要触发相应的中断。需要说明的是，主控处理器的数据总线宽度决定了并行接口的宽度，可以是4位、8位、16位、32位、64位等。设备支持的总线宽度应该与主控处理器完全相同。

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SPI通信协议：单片机spi通信接口什么意思，spi接口干什么用的？

讲真，以前做开发的时候最怕就是调spi和iic。

因为公司没有逻辑分析仪，调起来全凭经验，一出问题找都找不到，只能仔细看代码盲调，看是不是哪个时序有问题。

说到这里，可能刚初学的小伙伴会问：单片机spi通信是什么鬼？spi接口是干什么用的？

一、单片机spi通信是什么鬼？

单片机是一个可编程的微控制器，和spi通信其实是两个独立的东西。

只不过我们用单片机可以去实现spi通信而已，但是实现spi通信不一定非要单片机。

我们人和人之间沟通，要靠说话，并且两个人语言要一样，比如说都用普通话。

那芯片和芯片沟通，它们又不会说话，怎么传递信息呢？

就是通过通信总线，通信总线有很多种，比如IIC、SPI、USART、CAN，它们的区别就像普通话、英语、韩语、俄语，都是用来传递信息用的，只是传递方式不同 。

但传递信息，有一个前提，就是语言要相同，也就是通信方式要相同。

所以说，spi是一种通信方式，是用来传递信息的 。

不同的通信方式，传递信息的方式不同。

Spi是一种全双工、高速的、同步 的通信总线。

简单来说，就是你们两个可以同时快速地说话，你能把你要说的告诉对方，同时也能听到对方说什么，这就是全双工 。

还有一种叫半双工，就是你们同时只能有一个人说，另一个听，说完了，另外一个才能说。

很明显，全双工传递信息的效率更高 吧。

同步的意思我给你们两个对话设定个条件，比如说我说开始你们才可以对话，我说停止就都不能说话。

二、spi接口是干什么用的？

我们人和人传递信息一般是靠耳朵和嘴巴对吧？

Spi通信传递信息是通过接口，来看下图：

spi接口有4根线，分别是CS、SCLK、MOSI、MISO 。

SCLK是同步信号 ，一般由主控来控制。

既然是通信，自然是需要有个”对象”，如上图A和B。

A是SPI Master，也就是主控，比如说单片机，一般就是主控的角色，主控来负责发送SCLK同步信号通知SPI Slave是否需要进行数据通信。

B是SPI Slave，也就是从机，比如说Flash芯片。

CS代表片选信号 ，为什么要用片选呢？

因为一个SPI Master可以跟不同的SPI Slave进行通信。

SPI Master就是通过CS来控制，具体跟哪个SPI Slave通讯，控制CS为低电平就代表选中该SPI Slave。

如果说只跟一个从设备通讯，也可以直接把CS串联电阻接地，省的每次都去控制它。

MOSI英文全称是Master Output Slave Input，这个一般接主控器件数据输出引脚，从机器件数据输入引脚。

MISO英文全称是Slave Input Master Output，这个一般接主控器件数据输入引脚，从机器件数据输出引脚。

除此以外，还有一种特殊的用法，就是只用SCLK和MOSI这两个引脚的SPI通信。

比如说我们无际单片机编程实战项目课程里有个OLED屏的应用。

片选引脚CS我直接硬件接地了，因为只有一个从设备。

我们主要是控制OLED屏去显示内容，并不需要从OLED读取数据，所以MISO也不需要。

这种情况是可以只用2根线的。

所以，这种协议要从本质上去理解它们，不需要死记硬背要接几个引脚，你学废了吗？

更多单片机开发实战干货可以到无际单片机编程。

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