UART通讯协议介绍

UART是什么？UART是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式;通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线(Rx 和Tx)就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。
而我们常见的TTL、RS232、RS422、RS485是指的电平标准(电信号)，它们仅是关于UART通讯的一个机械和电气接口标准，并不是通讯协议。也就是说对MCU等控制器编写了UART程序，串行数据会通过硬件电路在设备间进行收发，这个硬件电路要遵循一个电平标准，实现设备间的交互。

1、TTL电平规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。

2、RS-232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。RS-232是对电气特性以及物理特性的规定，只作用于数据的传输通路上，它并不内含对数据的处理方式。RS-232标准是逻辑1为-5V～-15V，逻辑0为+5～+15V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离，一般在15m~30m。

3、RS-232接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。于是，为了解决这个问题，一个新的标准RS-485产生了。RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是逻辑1，负电平在-2～-6V，是逻辑0。10 米时， RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，一般最大支持 32 个节点，如果使用特制的 485 芯片，可以达到 128 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。，因此，发送电路须由使能信号加以控制

UART 时序

在UART中，信号线上共有两种状态， 分别用逻辑1（高电平）和逻辑0（低电平）来区分
　　在空闲时， 数据线应该保持在逻辑高电平状态
　　其中各位的意义如下
　　起始位（Start Bit）： 先发出一个逻辑0信号， 表示传输字符的开始
　　数据位（Data Bits）： 可以是5~8位逻辑0或1. 如ASCII码（7位）， 扩展BCD码（8位）小端传输
　　校验位（Parity Bit）： 数据位加上这一位后， 使得1的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）
　　停止位（Stop Bit）： 它是一个字符数据的结束标志。 可以是1位、1.5位、2位的高电平
　　空闲位： 处于逻辑1状态， 表示当前线路上没有资料传送

IIC通讯协议介绍

I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线，该总线由NXP（原PHILIPS）公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。
ＩＩＣ的物理层
a．只要求两条总线线路，一条是串行数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线ＳＣＬ。（IIC是半双工）。
b.每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。
c.IIC是真正的多主机总线，（而这个SPI在每次通信前都需要把主机定死，而IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。
d.传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。
e.连接到总线的IC数量只是受到总线的最大负载电容400pf限制。

ＩＩＣ的协议层
IIC的协议层才是掌握IIC的关键。现在简单概括如下：
a.数据的有效性
在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定，数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
b.起始和结束条件
起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件，结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，要注意起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态
c.应答
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要
d.数据帧格式
I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。
在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址

SPI通讯协议介绍

SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）
SDO/MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入
SDI/MISO – 主设备数据输入，从设备数据输出
SCLK – 时钟信号，由主设备产生
CS/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设 备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需 要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。

SPI通信模式
SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，可分为种模式。
时钟极性规定了空闲时时钟信号的状态
如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；
如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；
如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。
SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。
时序图如下