【IC设计】外设通信协议SPI、IIC、UART

本文主要是介绍【IC设计】外设通信协议SPI、IIC、UART，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！

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串口通信≠串行通信

• 串口通信是通过接口进行串行通讯，串口通信是一种具体的通信手段，串行通信是一种通信概念

• 串口通信，顾名思义也就是利用串行接口进行通信。串行接口指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）传输的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。

• 串口通信中比较重要的参数包括波特率、数据位、停止位及校验位，通讯双方需要约定一致的数据格式才能正常收发数据。串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。它们的主要区别在于其各自的电平范围不相同

一、并行通信、串行通信

• 并行通信在同一时刻，通过多条传输线，可以同时传输多个bit位的信号。
• 串行通信同一时刻，只能传输一个bit位的信号。传输数据按顺序依次1bit位接1bit位进行传输，通常数据在一根数据线或一对差分线上传输。
  

比如，当传输1字节信息时，并行通讯有8根信号线实现同时传输，假如耗时为1T，而串行是在一根信号线上，把数据排成一行、一位一位传输，需要传8次，因此耗时为8T。
（注：串行通信发送速度慢只是相较于与并行通信在同一时钟频率下，但是在某些情况下串行通信由于不需要时钟同步，可以把时钟频率提高，从而在单位时间内加快发送速度）

• 并行通信的效率高，但是成本高、对信号线路要求高，一般应用于快速设备之间近距离传输，譬如CPU与存储设备、存储器与存储器、主机与打印机等都采用并行通讯。
• 串行通信效率较低，但是对信号线路要求低，抗干扰能力强，同时成本也相对较低，一般用于计算机与计算机、计算机与外设之间远距离通讯

二、同步、异步通信

在设备间传送数据，无论是同步还是异步通信，都旨在确保数据正确发送和接收，即发送方和接收方的“同步”。接收方需确定发送方发送数据的开始和结束时间，以及每个数据单位的起始和结束位置，从而准确采样接收数据，否则接收的数据将是错误的

根据“同步方式”的不同，由此分出两种同步信号得方法：
（1）同步通信（比特位同步）
（2）异步通信（字符间同步，字符内比特位异步）

• 同步通信会利用额外的时钟信号线，由发送设备提供时钟信号，确保发送和接收设备在同一时钟频率下工作。实际上，大部分并行通信都采用同步通信方式。
  

• 异步通信无额外信号线同步，发送者和接收者使用不同时钟。按事先约定，确定数据发送开始、结束及单位持续时间。如异步串行通信，双方约定“停止位、数据位数、波特率及奇偶校验位”。接收方据此推测准确采样时间接收数据。同步通信则无需额外同步数据位。
  

三、全双工、半双工、单工通信

• 串行通讯进一步分为单工、半双工和全双工
• 单工通信：只可以实现接收或者发射功能，通常只是用一根数据线传输数据，

形象的例子理解如：例如收音机、遥控器。并不是指收音机是单双工通信

• 半双工通信：同一时刻只可以发送或者接收，由至少两根数据线完成，例如：对讲机。
• 全双工通信：同一时刻既能接收又可以发送，由至少两根数据线完成，例如：电话。

举例

常见的串行通信

1、SPI

串行、同步、全双工/半双工

2、IIC

串行、同步、半双工

3、UART

定义

• 通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种串行、异步、全双工的通信协议

通信协议

• 信号线：两个信号为 TX（发送器） RX（接收器），无时钟信号来同步收发设备，采用异步传输，全双工，需要波特率相同，传输模式为数据包形式，开始位，数据帧，奇偶校验位，停止位。

参考链接

1. 串口通信基础（一）——串行与并行通信，同步与异步通信

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