本帖最后由 suncat0504 于 2022-1-12 16:10 编辑
#申请原创# SPI、I2c、USART协议，对于单片机电子开发爱好者而言，应该是非常熟悉的东西了。什么时候使用、怎么使用这些协议，我说说受自己的体会哈。 在我的就职经历中，更多的时间是参与纯软件的开发。作为程序员，编程、调试、测试、运用是必不可少的工作内容。程序编好了，是一定要进行测试的。通常的测试手段是加断点、单步调试；输出中间的运行结果等。这些手段都通过屏幕来查看。这些手段有些是可以在调试硬件的开发中使用的，比如嵌入式的linux开发的时候。但有些硬件开发是没有显示设备可用的。这个时候，为了能够看到调试过程、测试结果，我们一般采用USART协议，把数据发给计算机，通过串口助手之类的APP应用，获得调试数据。而大多数MCU都会提供USART， 比如以下芯片： 这是早期的8031产品，10、11脚是USART引脚。 AT89C51，引脚和8031完全一致，10、11脚是USART引脚。 17、18脚就是USART引脚。 STC89C52系列，标注RXD、TXD的USART引脚 ESP32、ESP8266模块中的标注RX、TX的USART引脚 所以我觉得，学习硬件，USART协议是必学内容。那么USART协议是什么协议呢？作为电子爱好者，我们知道，按照数据传送的方式，通讯可分为串行通讯与并行通讯。大多数液晶使用的是并行通讯。比如LCD1602、12864。数据传输时，同时把指令或者数据提供到一个8位的IO引脚上，传送给目标。早期的计算机并口，也是使用并行通讯模式。这个模式的优点是数据同时提供，读一次IO口，就能得到完整的8位数据，数据传输速度快。但缺点也很明显，就是占用口位多。由此，进化出来了使用USART协议的串口。串口，顾名思义，数据串着来，就像我们吃的烤串一样。要发送的8位数据被分解为一个一个Bit位，一次传输。接收方按照发送方的发送顺序，一位一位再组合起来，形成完整的8位数据。当然，实际的串行传输，一般都伴随着协议走。实际的USART协议也让比较复杂，涉及波特率、开始位、数据位、校验位、停止位等，并不是简单地把数据变成串收发。我们通常用的USART协议，至少要有两个IO口线，即发送的TXD（TX）、接收的RXD（RX），再加上一个地线，有了这三根线，就能实现USART协议、传输数据了。早以前，串口的USART协议中，还有其他一些口线，但是现在已经不常用了。所以就不做介绍了。
使用USART协议的设备，可以组网，理论上最大允许255个设备组网。 除了USART协议，还有SPI协议、IIC协议、CAN总线协议等。 SPI协议是一种高速的，全双工，同步的通信总线协议，使用四根口线完成通讯 （1）MOSI– SPI总线主机输出/ 从机输入 （2）MISO– SPI总线主机输入/ 从机输出 （3）SCLK –时钟信号，由主设备产生 （4）CS – 从设备使能信号，由主设备控制，有的IC此pin脚叫SS。
和USART相比，这个协议不需要设置波特率。数据的传递，是通过MOSI、MISO输入输出。利用SCLK信号的高低电平脉冲信号，在MOSI、MISO取得输入输出数据信号。CS引脚是用来选择通讯设备的。由于CS引脚的设置，利用SPI协议组网时，稍微有些棘手，需要为每一个子设备提供一个CS引脚。 显然，使用SPI协议组网，是相当不划算。所以应用于单个子设备的场合比较多。
IIC协议，使用的口线也只有两个SCL和SDA，也不需要波特率这种东西的。利用SCL信号的高低电平脉冲信号，在SDA总线上提供数据即可。是不是很简单？简单是简单，我们要记住一条，在数据通讯中，使用的口线越少，就会需要更复杂的通讯协议，来实现设备之间数据的正常收发。和SPI协议的区别上，我的理解是，把MOSI和MISO合并为SDA，省去CS，利用协议在数据中设置子设备地址，实现CS的功能。当然，SPI协议中，使用MOSI和MISO是能同时收发数据的。而IIC的数据传递，在同一个时刻，只能是发和收中的一个，不能同时完成。我们经常用的24xx系列存储芯片，使用的就是IIC协议，非常典型。 A0-A2是设置器件物理地址，接入VCC或者GND就行，通过组合，可以实现0-8个物理地址000-111。使用IIC协议，因为使用口线少，是很容易组网的。 在嵌入式开发中，具体使用什么协议进行数据通讯，是和MCU有直接关系的。像早期的51系列单片机只提供了标准的串口通讯，而SPI和IIC协议通讯是需要通过标准IO来模拟才能实现。AVR系列的单片机以及后来衍生出来的其它51系列单片机、STM32系列的芯片中，已经集成了SPI和IIC协议类的引脚，可以直接使用，不用模拟了。比如： Mega16中已经提供了支持SPI协议的引脚5-8，同时还提供了IIC协议的引脚22-34（也称TWI接口）。
我们自己的芯片公司------宏晶公司生产的STC单片机中，也有好多同时集成了SPI、I2c、USART协议的芯片，比如STC15系列的， SPI、I2c、USART这三个协议的具体内容很多，网上也很容易找到相关的资料，所以在这里我就不多说了。从实际使用角度，USART是最常用的，使用的口线少，实现起来也很容易，所以推荐优先使用USART协议来实现通讯。如果你的硬件中需要额外使用存储芯片，而且口线资源比较紧张，那么就推荐使用IIC协议的存储芯片。具体使用什么协议、接口，要根据自己的需要，以及可选用的芯片型号有关。 最后，总结一下这三个协议的异同点： 共同点： 1、都属于串行通讯的范畴 2、都可以用来组网 区别： 1、电气信号线不同，因而占用的资源不同 2、USART、SPI可以实现全双工，而IIC不能 3、传输速度IIC要比USART、SPI慢
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楼主
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介绍的比较详细，期待后续补充。