一文搞懂UART、I2C、SPI協(xié)議

UART、I2C、SPI都是常見(jiàn)的低速板級(jí)通信協(xié)議，目前主流的SoC都內(nèi)置了這些通訊協(xié)議的控制器，同樣，各種傳感器、Touch控制器、指紋模塊、藍(lán)牙模塊、WIFI模塊也都兼容這三種通信方式的一種或幾種。

下面分別說(shuō)下：

UART

UART一般由TXD、RXD、GND三根線組成，是一種異步傳輸協(xié)議。

無(wú)論是主機(jī)還是從機(jī)，均可以自由發(fā)送數(shù)據(jù)，但是由于UART總線并沒(méi)有時(shí)鐘線，所以需要提前約定對(duì)應(yīng)的波特率，這是一種很簡(jiǎn)單的傳輸協(xié)議。

I2C

I2C是兩根線，SDA（數(shù)據(jù)）和SCL（時(shí)鐘），也是一種同步傳輸協(xié)議。主機(jī)在發(fā)送開(kāi)始信號(hào)之后，先發(fā)送7個(gè)比特的地址位和1個(gè)比特的讀寫(xiě)位，每個(gè)從機(jī)有自己的I2C地址，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該條指令是發(fā)給自己的時(shí)候，拉低SDA線（即回復(fù)ACK信號(hào)），然后主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，完成傳輸。傳輸完成之后，主機(jī)發(fā)送停止位，完成該次傳輸。

SPI

SPI是四根線，分別是CS（片選）、MOSI（主發(fā)從收）、MISO（從發(fā)主收）、CLK（時(shí)鐘），是一種同步傳輸協(xié)議。主機(jī)送出CLK信號(hào)，主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)在MOSI線上傳輸，從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)在MISO線上傳輸。在啟動(dòng)傳輸之前，需要先拉低（一般是這樣，也有各別芯片是CS高有效）對(duì)應(yīng)從機(jī)的CS管腳，在傳輸完成之后，再拉高CS管腳，從機(jī)的SPI Slave模塊進(jìn)入休眠。

使用場(chǎng)景

首先，I2C和SPI都是同步協(xié)議，都有時(shí)鐘信號(hào)，在一條總線上也都可以掛多個(gè)從設(shè)備，但是I2C的從設(shè)備是通過(guò)地址來(lái)區(qū)分的，SPI的從設(shè)備是通過(guò)片選線來(lái)區(qū)分的，所以SPI總線上，每多掛一個(gè)從設(shè)備，就要多用一個(gè)線作為片選線，而I2C則不用，只要地址不沖突，可以隨便掛設(shè)備。

但是，I2C總線速度一般普遍慢于SPI，I2C一般的速度是100kbs、400kbps和1Mbps，而SPI的速度可以在幾Mbps，也可以10+Mbps。所以看使用場(chǎng)合，低速的話，I2C就挺合適的，如果速度快一些，則一般都要選用SPI。另外，I2C總線的管腳都是開(kāi)漏輸出，必須外接上拉電阻，阻值可以根據(jù)總線速度來(lái)推算，一般我們常用400kbps傳輸速率，上拉電阻選用2.2K。

UART和SPI、I2C不同，他是異步傳輸?shù)?，一般?lái)說(shuō)傳輸速度比較慢，傳統(tǒng)的傳輸速度一般在115200bps或以下，不過(guò)現(xiàn)在大部分UART控制器也能支持到4Mbps或者8Mbps了。UART目前最常用的就是調(diào)試接口，因?yàn)閁ART比較簡(jiǎn)單，所以CPU輸出log一般都通過(guò)一個(gè)UART口來(lái)輸出。