|各种总线还分不清？硬核科普：SPI、I2C、UART、CAN...

文章图片

文章图片

总线，总线，总要陷进里面。这世界上的信号都一样，但是总线却成千上万，让人头疼。
总的来说，总线有三种：内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。
除了总线外，还有一些接口，它们是多种总线的集合体，或者说来者不拒。
SPI (Serial Peripheral Interface)：MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式。高速同步串行口。 3～4线接口，收发独立、可同步进行。

因其硬件功能强大而被广泛应用。在单片机组成的智能仪器和测控系统中。如果对速度要求不高，采用SPI总线模式是个不错的选择。它可以节省I/O端口提高外设的数目和系统的性能。标准SPI总线由四根线组成：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MISO) 。主机输出/从机输入线(MOSI)和片选信号(CS) 。有的SPI接口芯片带有中断信号线或没有MOSI 。
SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI) 。 SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master) ，其他设备为SPI从机或从设备(Slave) 。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO) ，一个输入口(SDI) ，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。
I2C (Inter－Integrated Circuit)：由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I2C总线用两条线(SDA和SCL)在总线和装置之间传递信息，在微控制器和外部设备之间进行串行通讯或在主设备和从设备之间的双向数据传送。 I2C是OD输出的，大部分I2C都是2线的（时钟和数据），一般用来传输控制信号。
I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。
UART：通用异步串行口，按照标准波特率完成双向通讯，速度慢。
UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
UART是用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。作为接口的一部分， UART还提供以下功能：
将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用。在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。处理由键盘或鼠标发出的中断信号（键盘和鼠标也是串行设备）。可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题。有一些比较高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，现在比较新的UART是16550 ，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区内存储16字节数据，而通常的UART是8250 。现在如果您购买一个内置的调制解调器，此调制解调器内部通常就会有16550 UART 。
SPI、I2C和UART做个比较
SPI 和I2C这两种通信方式都是短距离的，芯片和芯片之间或者其他元器件如传感器和芯片之间的通信。 SPI和IIC是板上通信IIC有时也会做板间通信不过距离甚短不过超过一米例如一些触摸屏手机液晶屏那些薄膜排线很多用IICI2C能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。 I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存这两种线属于低速传输。