藍(lán)牙串口通訊總線——I2C/SPI/UART

嵌入式工程師在做串口通信調(diào)試工作的時候，會經(jīng)常用到I2C、SPI、UART這3條總線，I2C、SPI、UART這三種通信總線在嵌入式領(lǐng)域很常見，目前主流的SOC芯片都內(nèi)置了這三種總線的控制器，各種Sensor、Touch、藍(lán)牙模塊、WIFI模塊等也都兼容這三種通信協(xié)議的1種以上。那么這三條通信總線有什么區(qū)別呢？工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線通信專業(yè)廠商為您一一細(xì)說——

　　I2C：半雙工、同步、串行傳輸，物理上只有兩根線（SDA/SCL）；傳輸數(shù)據(jù)必須8位8位的傳輸。

　　I2C串口通信傳輸步驟

　　1.在SCL線為高電平時，主機(jī)通過將SDA線從高電平切換到低電平來啟動總線通信；

　　2.主機(jī)向總線發(fā)送要與之通信的從機(jī)的7位或10位地址，以及讀/寫位；

　　3.每個從機(jī)將主機(jī)發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則從機(jī)通過將SDA線拉低一位返回一個ACK位。如果主機(jī)的地址與從機(jī)的地址不匹配，則從機(jī)將SDA線拉高。

　　4.主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀；

　　5.傳輸完每個數(shù)據(jù)幀后，接收設(shè)備將另一個ACK位返回給發(fā)送方，以確認(rèn)已成功接收到該幀；

　　6.隨后主機(jī)將SCL切換為高電平，然后再將SDA切換為高電平，從而向從機(jī)發(fā)送停止條件。

　　SPI：全雙工、同步、串行傳輸，收發(fā)獨立，傳輸速率高，但是沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。物理上4根線（CLK/SDI/SDO/CS），因為是全雙工，并且不需要尋址，所以速度要比I2C快，但是占用的物理線的數(shù)量要比I2C多；通信時可以一位一位的傳輸數(shù)據(jù)。

　　SPI串口通信傳輸步驟：

　　1.主機(jī)輸出時鐘信號；

　　2.主機(jī)拉低SS/CS引腳，激活從機(jī)；

　　3.主機(jī)通過MOSI將數(shù)據(jù)發(fā)送給從機(jī)；

　　4.如果需要相應(yīng)，則從機(jī)通過MISO將數(shù)據(jù)返回給從機(jī)。

　　UART：全雙工、異步、串行傳輸，收發(fā)獨立，UART總線并沒有時鐘線，所以需要提前約定對應(yīng)的波特率，傳輸速度較慢，物理上4根線（VCC/TX/RX/GND），雖然速度慢，但是可用于不同主機(jī)間的通信，通常用于debug調(diào)試非常方便；傳輸時數(shù)據(jù)位可以5、6、7、8位。

　　UART串口通信傳輸步驟：

　　1.發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線并行接收數(shù)據(jù)；

　　2.發(fā)送UART將起始位、奇偶校驗位和停止位添加到數(shù)據(jù)幀；

　　3.整個數(shù)據(jù)包從發(fā)送UART串行發(fā)送到接收UART。接收UART以預(yù)先配置的波特率對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣；

　　4.接收UART丟棄數(shù)據(jù)幀中的起始位、奇偶校驗位和停止位；

　　5.接收UART將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線。

　　單工、半雙工、全雙工

　　單工：數(shù)據(jù)只能在一個方向上傳輸。

　　半雙工：數(shù)據(jù)可以在兩個方向上進(jìn)行傳輸，但是同一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，相當(dāng)于單工通信的分時復(fù)用。

　　全雙工：數(shù)據(jù)可以同時在兩個方向上傳輸，相當(dāng)于兩個單工通信的結(jié)合。

　　同步通信和異步通信

　　同步是阻塞模式，異步是非阻塞模式。

　　同步通信要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時鐘信號（一般共用一個時鐘），同步通信效率高。

　　異步通信的收發(fā)雙方?jīng)]有同步時鐘，比如UART，收發(fā)雙方僅僅是約定，你按照什么樣的速率發(fā)，而我也按照這樣的速率去接收，這樣如果速度越快，那么信號寬度越窄，誤差就越大，所以異步通信效率較低。

　　綜上所述，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線通信專業(yè)廠商要說的是I2C、SPI、UART這三條總線在通信速度上，SPI最快，UART最慢；通信距離上，I2C和SPI通常用于片上通信，而UART通常用于設(shè)備間通信，比如PC機(jī)和我們要調(diào)試的產(chǎn)品設(shè)備。