UC头条：IIC, SPI, UART, 单总线

IIC与SPI通信

IIC

SPI通信

IIC与SPI的比较

UART

单总线

因为面试时被问到IIC和SPI通信，所以又重新学习了一下。

IIC

IIC顾名思义就是两根线，一根SCL（时钟线），一根SDA（数据线）。时钟线用来通过电平变化来标志数据传输过程，SDA线传输数据。

通信过程

首先，SCL处于高电平，SDA从高电平变化为低电平表示START信号，此时将SCL线拉低便可通过SDA线读写数据（SCL线高电平时无法读写）。

然后，由于IIC通信分为主设备（比如单片机），从设备可能会有多个，这时候我们在读写数据之前要先确定从设备，每个从设备会对应一个特定的地址，所以主设备需要传输一个七位地址（好像现在有10位的地址）和一位R/W读写位，每个从设备接受到地址会和自己的地址进行对比，相同就会传输一个应答信号给主机。

主机收到应答信号确认从设备后可以进行数据传输。数据传输一般一帧数据为为8位，尾随一位应答位。从设备收到应答位，做出应答或非应答信号表示数据的接收成功与否（读操作主从应答相反）。

主机接收到应答，选择STOP信号输出便可以结束一帧的传输。

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SPI通信

与IIC不同的是SPI通信有四根线，MOSI(masterinputslaveoutput,主发从收),MISO（主收从发）,SCLK（时钟线）和SS（serialselect)（片选信号，每个从机都需要单独的一条SS线与主机相连，而不是所有从机共用一条）。

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通信过程

首先，主机拉低SS线选择要通信的从机。

开始发送数据，时钟线不断输出脉冲，MOSI和MISO可以在相应时钟沿同时进行数据（1bit)的传输，所以SPI是全双工通信。

SS线被拉高，结束传输。

SPI_MOD

此外在数据传输时钟沿选择上有四种方式

CKP（时钟极性）//0–>ss休闲状态为低电平，1–>ss休闲状态为高电平

CKE（时钟相位）//0–>第一个时钟沿采集信号，1–>第二个时钟沿采集信号

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理论上，SPI通信的速率取决于时钟频率，所以就这一点来说会比IIC的传输速率要快得多，硬件设备的最大时钟频率的大小可以影响SPI通信。

IIC与SPI的比较

对于SPI我觉得优点可以有以下几点

高速率，传输bit频率最大与系统的时钟频率相当

传输bit无限制，对于IIC每次传输8位一个字节，而SPI是一位一位的传输，所以避免了某些无意义位的传输

硬件软件的配置比较轻便简单，硬件方面，没有IIC从机对应的逻辑地址，一根SS线连接一个从机；软件方面也没有过多复杂的时序，IIC中的起始应答停止的信号反复转换显得有点复杂。

缺点我觉得就是SPI通信没有应答，可能导致数据传输无效，或者在从机出现故障时主机依旧发送数据，就显得有点盲目。还有主机设备需要更多的引脚接口才能容纳更多的从设备。而且主设备只能有一个。

UART

通用异步收发器，三根线RX（接收数据端），TX（发送数据端），GND。

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通信过程

数据线上休闲时为高电平，将其拉低表示起始信号，从而可以开始通信。

单总线

1-wire通信，如DS18B20（温度传感器），DHT11（温湿度传感器）

这是DS18B20的单总线电路图，由图中可以看到单总线是收发双向的，但是也不能同时进行收发，所以是半双工。

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以上传输过程

初始化，主机发送复位脉冲（拉低总线一段时间），从机产生应答脉冲（拉低总线一段时间）。

写bit，低电平时为写0，高电平时为写1

单总线的数据传输速率一般为16．3Kbit/s，最大可达142Kbit/s，通常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。相比于IIC和SPI传输速率比较慢，但是硬件结构比较简单。