UART、SPI、I2C通信协议超全入门教程

2024-03-28 08:59

本文主要是介绍UART、SPI、I2C通信协议超全入门教程,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

本文引注:

https://mp.weixin.qq.com/s/lVWK8xlDt7cOLi8WHYSuPg

1.SPI协议

1.基础

在这里插入图片描述

2.简介

在这里插入图片描述

3.工作原理

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4.SPI数据传输步骤与优缺点

在这里插入图片描述

2.UART协议

1.简介

在这里插入图片描述

2.工作原理

在这里插入图片描述

3.传输步骤

在这里插入图片描述

4.优缺点

在这里插入图片描述

3.I2C协议

1.简介

I²C(Inter-Integrated Circuit),中文应该叫集成电路总线,它是一种串行通信总线,使用多主从架构,是由飞利浦公司在1980年代初设计的,方便了主板、嵌入式系统或手机与周边设备组件之间的通讯。

由于其简单性,它被广泛用于微控制器与传感器阵列、显示器、IoT设备、EEPROM等之间的通信。结合了SPI和UART的最佳功能使用 ,您可以将多个从机连接到单个主机(类似 SPI)。

另外,您可以让多个主机控制单个或多个从机。当您希望多个微控制器将数据记录到单个存储卡或将文本显示到单个 LCD 时,这个特性就非常有用了。与UART 通信一样, 仅使用两根电线在设备之间传输数据:
在这里插入图片描述
SDA (Serial Data) – 这条线为主机和从机提供数据发送和接收功能。
SCL (Serial Clock) – 这条线为时钟信号线。
与 SPI 一样,I2C 是同步的,因此位的输出通过主机和从机之间共享的时钟信号同步到位的采样。时钟信号总是由主机控制。

在这里插入图片描述

2.工作原理(HOW WORKS)

使用 ,数据在消息中传输。消息被分解成数据帧。每条消息都有一个地址帧,其中包含从机的二进制地址,以及一个或多个包含正在传输数据的数据帧。该消息还包括每个数据帧之间的启动和停止条件、读/写位以及ACK/NACK位:
在这里插入图片描述
(1)启动条件(StartCondition):SDA 线在SCL线从高到低切换之前从高电位切换到低电位。
(2)停止条件(StopCondition):SDA 线在SCL线从低到高切换之后从低电位切换到高电位。
(3)地址帧(AddressFrame):每个从机都有唯一的7位或10位数列,主机可以通过该序列识别从机,主机如果需要向从机发送/接收数据,首先要发送对应从机的地址,然后会匹配总线上挂载的从机的地址。
(4)读/写位(Read/Write Bit):指定主机是向从机发送数据(低电位)还是请求从机发送数据(高电位)的1个位。
(5)ACK/NACK位(ACK/NACK Bit):在一条消息中,每一帧后都跟随1个确认应答(ACK)/非确认应答(NACK)位。如果一个地址帧或数据帧是被成功接收,一个确认应答位(ACK bit)将从接收设备返回给发送设备。

3.寻址(ADDRESSING)

没有像SPI这样的从机片选接口线,所以它需要另一种方式让从机知道数据被发送到它,而不是另一个从机。它需要通过寻址来实现。地址帧始终是新消息中开始位后的第一帧。

主机将它想要与之沟通的从机的地址发送给与之相连的每一个从机。然后,每个从机将从主机发送的地址与自己的地址进行比较。如果地址匹配,它会向主发送低电压ACK位。如果地址不匹配,从机什么都不做,SDA线仍然很高。

4.读/写位(READ/WRITE BIT)

在地址帧的末尾包含一个单独的位,用于通知从机,主机是否想向它写数据还是想从它接收数据。如果主机要将数据发送给从机,读/写位是低电位;如果主机请求来自从机的数据,则该位为高电位1。

5 .数据帧(THE DATA FRAME)

在主机检测到从机发出的ACK位后,第一个数据帧已准备好发送。

数据帧始终为8位长,并且首先发送最重要的位。每个数据帧后面都立即有ACK/NACK 位,以验证帧是否已成功接收。在发送下一个数据帧之前,主机或从机(取决于谁发送数据)必须接收ACK位。

在发送完所有数据帧后,主机可以向从机发送停止条件以停止传输。停止条件是在SCL线路上从低到高过渡后,SDA线的电压从低到高过渡,SCL线保持高位。

6.数据传输的步骤(STEPS OF I2CDATATRANSMISSION)

1.主机发送启动条件给每一个连接的从机,在SCL线从高到低切换之前,主机将SDA线从高切换到低电平即可触发启动条件,即在SCL高电平时候给SDA一个下降沿,如下图所示,注意箭头的时序方向:
在这里插入图片描述

2.主机发送它想与之沟通的7位或10位从机地址,以及读/写位:
在这里插入图片描述
3.每个从机将从主机发送的地址与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1个位来返回ACK位。如果主机的地址与从机自己的地址不匹配,则从机会将SDA线留在高电位(通过上拉电阻)。地址匹配的从机返回ACK位如下图所示:
在这里插入图片描述
4.主机发送或接收数据帧:
在这里插入图片描述

5.传输每个数据帧后,接收设备会将另一个ACK 位返回给发件人,以确认成功接收帧:
在这里插入图片描述

6.为了停止数据传输,主机发送一个停止条件给从机,通过在SDA拉高之前先拉高SCL,即在SCL高电平时候给SDA一个上升沿,如下图所示,注意箭头表示的传输顺序:
在这里插入图片描述

7.单主机与多从机(SINGLE MASTER WITH MULTIPLE SLAVES)

由于使用寻址,因此可以实现单个主机控多个从机。使用7位地址理论上可提供 128(27)个唯一地址。使用10位地址并不常见,但理论上可提供1024(210)个唯一地址。要将多个从机连接到单个主机,请像下面这样将它们连接起来,并用4.7K Ohm上拉式电阻器将SDA和SCL线连接到Vcc:
在这里插入图片描述

8 .多主机与多从机(MULTIPLE MASTERS WITH MULTIPLE SLAVES)

多个主机可以连接到一个单一的从机或多个从机。在多主机系统总,当两个主机尝试同时通过SDA线发送或接收数据时,问题就出现了。为了解决这个问题,每个主机在传输消息之前需要检测SDA线是低电平还是高电平。如果SDA线为低电平,则意味着另一个主机正控制着总线,该主机应等待发送消息。如果SDA线被拉高,则传输消息是安全的。

要将多个主机连接到多个从机,请按下图连接,并使用4.7K Ohm上拉式电阻器将SDA和 SCL线连接到Vcc:
在这里插入图片描述

9.的优缺点(ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF )

优势:
(1)仅使用两根电线
(2)支持多个主和多个从机
(3)ACK/NACK 位确认每个帧都成功传输
(4)硬件不如UART复杂
(5)众所周知和广泛使用的协议

缺点:
(1)数据传输速率低于SPI
(2)数据框架的大小限制为8位
(3)实现所需的硬件比SPI更复杂

10. 总结

(1)总线由9bit的块构成。开始条件:当SCL是高电平时候SDA从高到底跳变的下降沿,作为开始条件。在总线上的所有从机都要开始注意了:
在这里插入图片描述

(2)地址位为紧跟开始条件的7bit数据,主机想要与该地址从机沟通:
在这里插入图片描述

(3)读写位为紧跟7bit地址后的第8位作为读写选择位:该位用于表示主机是想读从机的数据还是想往从机里写数据:为1表示读;为0表示写。
在这里插入图片描述

(4)主机和从机之间的同步位:0表示ACK;1表示NACK。0:我在或数据已接收。1:没有我或数据未接收。
在这里插入图片描述

(5)数据字节:在地址字节后的8位是来自主机或从机的数据字节。至于来自谁,要看读写位。当写周期,主机发送数据;当读周期,从机发送数据:
在这里插入图片描述

(6)停止条件:当SCL是高电平时,数据线SDA从低电平跳变到高电平产生的上升沿作为停止条件。主机通知从机本次沟通结束。
在这里插入图片描述

(7)完整的总线协议时序,如下图所示:
在这里插入图片描述

这篇关于UART、SPI、I2C通信协议超全入门教程的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/855129

相关文章

【STM32】SPI通信-软件与硬件读写SPI

SPI通信-软件与硬件读写SPI 软件SPI一、SPI通信协议1、SPI通信2、硬件电路3、移位示意图4、SPI时序基本单元(1)开始通信和结束通信(2)模式0---用的最多(3)模式1(4)模式2(5)模式3 5、SPI时序(1)写使能(2)指定地址写(3)指定地址读 二、W25Q64模块介绍1、W25Q64简介2、硬件电路3、W25Q64框图4、Flash操作注意事项软件SPI读写W2

Weex入门教程之4,获取当前全局环境变量和配置信息(屏幕高度、宽度等)

$getConfig() 获取当前全局环境变量和配置信息。 Returns: config (object): 配置对象;bundleUrl (string): bundle 的 url;debug (boolean): 是否是调试模式;env (object): 环境对象; weexVersion (string): Weex sdk 版本;appName (string): 应用名字;

Weex入门教程之3,使用 Vue 开发 Weex 页面

环境安装 在这里简略地介绍下,详细看官方教程 Node.js 环境 Node.js官网 通常,安装了 Node.js 环境,npm 包管理工具也随之安装了。因此,直接使用 npm 来安装 weex-toolkit。 npm 是一个 JavaScript 包管理工具,它可以让开发者轻松共享和重用代码。Weex 很多依赖来自社区,同样,Weex 也将很多工具发布到社区方便开发者使用。

Weex入门教程之2,Android Studio安装Weex插件

插件位置及描述 https://plugins.jetbrains.com/idea/plugin/8460-weex 貌似对windows还不是很支持,先放着吧。 安装 插件功能 先预览下都有什么功能 安装完成Weex插件后,如果在main toolbar找不到这些功能图标,那么就需要手动添加到main toolbar 添加到main toolbar 红框内就是

Weex入门教程之1,了解Weex

【资料合集】Weex Conf回顾集锦:讲义PDF+活动视频! PDF分享:链接:http://pan.baidu.com/s/1hr8RniG 密码:fa3j 官方教程:https://weex-project.io/cn/v-0.10/guide/index.html 用意 主要是介绍Weex,并未涉及开发方面,好让我们开始开发之前充分地了解Weex到底是个什么。 以下描述主要摘取于

Python简单入门教程helloworld

Python 学习资源 推荐书籍: Python核心编程(第二版) (强烈推荐,建议有一定基础的看,或者看完简明Python教程再看) Python 基础教程 第二版 (入门,没有核心编程好,但也不错) 编写高质量代码:改善Python程序的91个建议 (进阶,有一定基础再看) 书籍下载: Python 教程(部分内容来源于网络, 历时一年多总结整理的,给刚刚入门的

【超级干货】2天速成PyTorch深度学习入门教程,缓解研究生焦虑

3、cnn基础 卷积神经网络 输入层 —输入图片矩阵 输入层一般是 RGB 图像或单通道的灰度图像,图片像素值在[0,255],可以用矩阵表示图片 卷积层 —特征提取 人通过特征进行图像识别,根据左图直的笔画判断X,右图曲的笔画判断圆 卷积操作 激活层 —加强特征 池化层 —压缩数据 全连接层 —进行分类 输出层 —输出分类概率 4、基于LeNet

基于 rt-thread的I2C操作EEPROM(AT24C02)

一、AT24C02 The AT24C01A/02/04/08A/16A provides 1024/2048/4096/8192/16384 bits of serial electrically erasable and programmable read-only memory (EEPROM) organized as 128/256/512/1024/2048 words of 8 b

I2C总线协议(AT24C02C)

本文章是基于TQ2440开发板上的AT24C02C 一, I2C简介       IIC即Inter-Integrated Circut(集成电路总线),有飞利浦在八十年代实际出来. I2C是一种多向控制总线,就是同一个总线下可以连接多个芯片,同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源. 二. 硬件结构       I2C串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据总线SDA, 一根是

stm32之软件SPI读写W25Q64存储器应用案例

系列文章目录 1. stm32之SPI通信协议 文章目录 系列文章目录前言一、电路接线图二、应用案例代码三、应用案例分析3.1 SPI通信模块3.2 W25Q64模块3.3 主程序 前言 提示:本文主要用作在学习江科大自化协STM32入门教程后做的归纳总结笔记,旨在学习记录,如有侵权请联系作者 本案例使用软件SPI通信的方式实现了STM32与W25Q64 Flas