SPI、I2C、UART三種串行總線的原理、區別及應用

SPI、I2C、串口、我相信如果你是從事的是嵌入式開發,一定會用到這三種通信協議,串口的話因爲和波特率有關,所以一般的CPU或者MCU只會配有兩個或者三個串口,而數據的傳輸,的話SPI和I2C用得會比較多,下面找到了一篇博客。轉過來、

1、UART就是兩線,一根發送一根接收,可以全雙工通信,線數也比較少。數據是異步傳輸的,對雙方的時序要求比較嚴格,通信速度也不是很快。在多機通信上面用的最多。

2、SPI接口和上面UART相比,多了一條同步時鐘線,上面UART的缺點也就是它的優點了,對通信雙方的時序要求不嚴格不同設備之間可以很容易結合,而且通信速度非常快。一般用在產品內部元件之間的高速數據通信上面,如大容量存儲器等。

3、I2C接口也是兩線接口,它是兩根線之間通過複雜的邏輯關係傳輸數據的,通信速度不高,程序寫起來也比較複雜。一般單片機系統裏主要用來和24C02等小容易存儲器連接。

SPI:高速同步串行口。3~4線接口,收發獨立、可同步進行
UART:通用異步串行口。按照標準波特率完成雙向通訊,速度慢

SPI:一種串行傳輸方式,三線制,網上可找到其通信協議和用法的
3根線實現數據雙向傳輸
串行外圍接口 Serial peripheral interface
UART:通用異步收發器
UART是用於控制計算機與串行設備的芯片。有一點要注意的是,它提供了RS-232C數據終
端設備接口,這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了
。作爲接口的一部分,UART還提供以下功能:
將由計算機內部傳送過來的並行數據轉換爲輸出的串行數據流。將計算機外部來的串行
數據轉換爲字節,供計算機內部使用並行數據的器件使用。在輸出的串行數據流中加入
奇偶校驗位,並對從外部接收的數據流進行奇偶校驗。在輸出數據流中加入啓停標記,
並從接收數據流中刪除啓停標記。處理由鍵盤或鼠標發出的中斷信號(鍵盤和鼠票也是
串行設備)。可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART
還提供輸入輸出數據的緩衝區,現在比較新的UART是16550,它可以在計算機需要處理數
據前在其緩衝區內存儲16字節數據,而通常的UART是8250。現在如果您購買一個內置的
調制解調器,此調制解調器內部通常就會有16550 UART。
I2C: 能用於替代標準的並行總線,能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C是多主控總線,所以任何一個設備都能像主控器一樣工作,並控制總線。總線上每一個設備都有一個獨一無二的地址,根據設備它們自己的能力,它們可以作爲發射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存。

I方C總線:

I2C總線最主要的優點是其簡單性和有效性。

由於接口直接在組件之上,因此I2C總線佔用的空間非常小,減少了電路板的空間和芯片管腳的數量,降低了互聯成本。總線的長度可高達25英尺,並且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優點是,它支持多主控(multimastering),其中任何能夠進行發送和接收的設備都可以成爲主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然,在任何時間點上只能有一個主控。

UART:

單端,遠距離傳輸。大多數計算機包含兩個基於RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議;很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時,串口通信協議也可以用於獲取遠程採集設備的數據。串口通信的概念非常簡單,串口按位(bit)發送和接收字節。儘管比按字節(byte)的並行通信慢,但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單並且能夠實現遠距離通信。比如IEEE488定義並行通行狀態時,規定設備線總常不得超過20米,並且任意兩個設備間的長度不得超過2米;而對於串口而言,長度可達1200米。

具體的適用範圍就可多了,軍用,醫療...到處到能用。

第一個區別當然是名字:
     SPI(Serial Peripheral Interface:串行外設接口);
     I2C(INTER IC BUS:意爲IC之間總線)
     UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:通用異步收發器)

第二,區別在電氣信號線上:
     SPI總線由三條信號線組成:串行時鐘(SCLK)、串行數據輸出(SDO)、串行數據輸入(SDI)。SPI總線可以實現多個SPI設備互相連接。提供SPI串行時鐘的SPI設備爲SPI主機或主設備(Master),其他設備爲SPI從機或從設備(Slave)。主從設備間可以實現全雙工通信,當有多個從設備時,還可以增加一條從設備選擇線。
     如果用通用IO口模擬SPI總線,必須要有一個輸出口(SDO),一個輸入口(SDI),另一個口則視實現的設備類型而定,如果要實現主從設備,則需輸入輸出口,若只實現主設備,則需輸出口即可,若只實現從設備,則只需輸入口即可。

     I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控(multi-master)接口標準,具有總線仲裁機制,非常適合在器件之間進行近距離、非經常性的數據通信。在它的協議體系中,傳輸數據時都會帶上目的設備的設備地址,因此可以實現設備組網。
     如果用通用IO口模擬I2C總線,並實現雙向傳輸,則需一個輸入輸出口(SDA),另外還需一個輸出口(SCL)。(注:I2C資料瞭解得比較少,這裏的描述可能很不完備)

     UART總線是異步串口,因此一般比前兩種同步串口的結構要複雜很多,一般由波特率產生器(產生的波特率等於傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發送器組成,硬件上由兩根線,一根用於發送,一根用於接收。
     顯然,如果用通用IO口模擬UART總線,則需一個輸入口,一個輸出口。

第三,從第二點明顯可以看出,SPI和UART可以實現全雙工,但I2C不行;

第四,看看牛人們的意見吧!
     wudanyu:I2C線更少,我覺得比UART、SPI更爲強大,但是技術上也更加麻煩些,因爲I2C需要有雙向IO的支持,而且使用上拉電阻,我覺得抗干擾能力較弱,一般用於同一板卡上芯片之間的通信,較少用於遠距離通信。SPI實現要簡單一些,UART需要固定的波特率,就是說兩位數據的間隔要相等,而SPI則無所謂,因爲它是有時鐘的協議。
     quickmouse:I2C的速度比SPI慢一點,協議比SPI複雜一點,但是連線也比標準的SPI要少。

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