嵌入式工程師在做串口通信調(diào)試工作的時(shí)候，會經(jīng)常用到I2C、SPI、UART這3條總線，I2C、SPI、UART這三種通信總線在嵌入式領(lǐng)域很常見，目前主流的SOC芯片都內(nèi)置了這三種總線的控制器，各種Sensor、Touch、藍(lán)牙模塊、WIFI模塊等也都兼容這三種通信協(xié)議的1種以上。那么這三條通信總線有什么區(qū)別呢？工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線通信專業(yè)廠商為您一一細(xì)說——

I2C：半雙工、同步、串行傳輸，物理上只有兩根線（SDA/SCL）；傳輸數(shù)據(jù)必須8位8位的傳輸。

I2C串口通信傳輸步驟

1.在SCL線為高電平時(shí)，主機(jī)通過將SDA線從高電平切換到低電平來啟動總線通信；

2.主機(jī)向總線發(fā)送要與之通信的從機(jī)的7位或10位地址，以及讀/寫位；

3.每個(gè)從機(jī)將主機(jī)發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則從機(jī)通過將SDA線拉低一位返回一個(gè)ACK位。如果主機(jī)的地址與從機(jī)的地址不匹配，則從機(jī)將SDA線拉高。

4.主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀；

5.傳輸完每個(gè)數(shù)據(jù)幀后，接收設(shè)備將另一個(gè)ACK位返回給發(fā)送方，以確認(rèn)已成功接收到該幀；

6.隨后主機(jī)將SCL切換為高電平，然后再將SDA切換為高電平，從而向從機(jī)發(fā)送停止條件。

SPI：全雙工、同步、串行傳輸，收發(fā)獨(dú)立，傳輸速率高，但是沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。物理上4根線（CLK/SDI/SDO/CS），因?yàn)槭侨p工，并且不需要尋址，所以速度要比I2C快，但是占用的物理線的數(shù)量要比I2C多；通信時(shí)可以一位一位的傳輸數(shù)據(jù)。

SPI串口通信傳輸步驟：

1.主機(jī)輸出時(shí)鐘信號；

2.主機(jī)拉低SS/CS引腳，激活從機(jī)；

3.主機(jī)通過MOSI將數(shù)據(jù)發(fā)送給從機(jī)；

4.如果需要相應(yīng)，則從機(jī)通過MISO將數(shù)據(jù)返回給從機(jī)。

UART：全雙工、異步、串行傳輸，收發(fā)獨(dú)立，UART總線并沒有時(shí)鐘線，所以需要提前約定對應(yīng)的波特率，傳輸速度較慢，物理上4根線（VCC/TX/RX/GND），雖然速度慢，但是可用于不同主機(jī)間的通信，通常用于debug調(diào)試非常方便；傳輸時(shí)數(shù)據(jù)位可以5、6、7、8位。

UART串口通信傳輸步驟：

1.發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線并行接收數(shù)據(jù)；

2.發(fā)送UART將起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位添加到數(shù)據(jù)幀；

3.整個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)送UART串行發(fā)送到接收UART。接收UART以預(yù)先配置的波特率對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣；

4.接收UART丟棄數(shù)據(jù)幀中的起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位；

5.接收UART將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線。

單工、半雙工、全雙工

單工：數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上傳輸。

半雙工：數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行傳輸，但是同一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，相當(dāng)于單工通信的分時(shí)復(fù)用。

全雙工：數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，相當(dāng)于兩個(gè)單工通信的結(jié)合。

同步通信和異步通信

同步是阻塞模式，異步是非阻塞模式。

同步通信要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時(shí)鐘信號（一般共用一個(gè)時(shí)鐘），同步通信效率高。

異步通信的收發(fā)雙方?jīng)]有同步時(shí)鐘，比如UART，收發(fā)雙方僅僅是約定，你按照什么樣的速率發(fā)，而我也按照這樣的速率去接收，這樣如果速度越快，那么信號寬度越窄，誤差就越大，所以異步通信效率較低。

綜上所述，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線通信專業(yè)廠商要說的是I2C、SPI、UART這三條總線在通信速度上，SPI最快，UART最慢；通信距離上，I2C和SPI通常用于片上通信，而UART通常用于設(shè)備間通信，比如PC機(jī)和我們要調(diào)試的產(chǎn)品設(shè)備。

審核編輯 黃宇