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UART IIC SPI通信協(xié)議 UART 通用異步收發(fā)傳輸器 UniversalAsynchronousReceiver Transmitter 通常稱作UART 是一種異步收發(fā)傳輸器 是電腦硬件的一部分 將資料由串行通信與并行通信間作傳輸轉(zhuǎn)換 作為并行輸入成為串行輸出的芯片 通常集成于其他通訊接口的連結(jié)上 通信協(xié)議 UART作為異步串口通信協(xié)議的一種 工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸 其中各位的意義如下 起始位 先發(fā)出一個邏輯 0 的信號 表示傳輸字符的開始 資料位 緊接著起始位之后 資料位的個數(shù)可以是4 5 6 7 8等 構(gòu)成一個字符 通常采用ASCII碼 從最低位開始傳送 靠時鐘定位 奇偶校驗位 資料位加上這一位后 使得 1 的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù) 偶校驗 或奇數(shù) 奇校驗 以此來校驗資料傳送的正確性 停止位 它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志 可以是1位 1 5位 2位的高電平 由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的 并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘 很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步 因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束 并且提供計算機校正時鐘同步的機會 適用于停止位的位數(shù)越多 不同時鐘同步的容忍程度越大 但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢 空閑位 處于邏輯 1 狀態(tài) 表示當(dāng)前線路上沒有資料傳送 數(shù)據(jù)傳送速率用波特率來表示 即每秒鐘傳送的二進制位數(shù) 例如數(shù)據(jù)傳送速率為120字符 秒 而每一個字符為10位 1個起始位 8個數(shù)據(jù)位 無校驗位 1個結(jié)束位 則其傳送的波特率為10 120 1200字符 秒 1200波特 數(shù)據(jù)通信格式 低位在前 高位在后 多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸 注 異步通信是按字符傳輸?shù)?接收設(shè)備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收 下一個字符起始位的到來又使同步重新校準 依靠檢測起始位來實現(xiàn)發(fā)送與接收方的時鐘自同步的 UART工作原理 發(fā)送數(shù)據(jù)過程空閑狀態(tài) 線路處于高電位 當(dāng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后 拉低線路一個數(shù)據(jù)位的時間T 接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送 數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后 接著發(fā)送奇偶校驗位和停止位 停止位為高電位 一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束 接收數(shù)據(jù)過程空閑狀態(tài) 線路處于高電位 當(dāng)檢測到線路的下降沿 線路電位由高電位變?yōu)榈碗娢?時說明線路有數(shù)據(jù)傳輸 按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)接收完畢后 接著接收并比較奇偶校驗位是否正確 如果正確則通知后續(xù)設(shè)備準備接收數(shù)據(jù)或存入緩存 10位串行字符收發(fā)時序圖 IIC IIC為串行外設(shè)接口 IIC總線是雙向 兩線 SCL SDA 串行 多主控 multi master 接口標準 具有總線仲裁機制 通常兩線需要接上拉電阻 非常適合在器件之間進行近距離 非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信 IIC通信協(xié)議 IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送時 時鐘信號為高電平期間 數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定 只有在時鐘線上的信號為低電平期間 數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化 起始信號 SCL線為高電平期間 SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號 終止信號 SCL線為高電平期間 SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號 起始信號和終止信號圖解 數(shù)據(jù)傳送格式 每一個字節(jié)必須保證是8位長度 數(shù)據(jù)傳送時 先傳送最高位 MSB 每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位 即一幀共有9位 如果一段時間內(nèi)沒有收到從機的應(yīng)答信號 則自動認為從機已正確接收到數(shù)據(jù) AT24C02的芯片地址 AT24C02的芯片地址如圖 1010為固定 A0 A1 A2正好與芯片的1 2 3引角對應(yīng) 為當(dāng)前電路中的地址選擇線 三根線可選擇8個芯片同時連接在電路中 當(dāng)要與哪個芯片通信時傳送相應(yīng)的地址即可與該芯片建立連接 TX 1B實驗板上三根地址線都為0 最后一位R W為告訴從機下一字節(jié)數(shù)據(jù)是要讀還是寫 0為寫入 1為讀出 寫過程時序圖 首先是起始信號 然后是目標設(shè)備的7位地址 0 確認目標設(shè)備存在 收到響應(yīng) 接著是目標設(shè)備的字節(jié)地址 字節(jié)地址存在 則收到響應(yīng) 然后發(fā)送一字節(jié)的數(shù)據(jù) 目標設(shè)備收到后則響應(yīng) 一字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸完畢 從機釋放SDA總線 SDA線電平由低到高 傳輸結(jié)束 讀過程時序圖 首先是起始信號 然后是目標設(shè)備的7位地址 0 確認目標設(shè)備存在 收到響應(yīng) 接著是目標設(shè)備的字節(jié)地址 字節(jié)地址存在 則收到響應(yīng) 然后重新開始 發(fā)送目標設(shè)備的字節(jié)地址 1 收到響應(yīng)后讀取目標地址的一字節(jié)數(shù)據(jù) 讀取結(jié)束 SPI SPI是串行外設(shè)接口 SerialPeripheralInterface 的縮寫 SPI 是一種高速的 全雙工 同步的通信總線 并且在芯片的管腳上只占用四根線 MOSI MISO SCLK CS SPI的通信原理很簡單 它以主從方式工作 這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備 需要至少4根線 事實上3根也可以 單向傳輸時 也是所有基于SPI的設(shè)備共有的 MOSI 主機發(fā)送 從機接收 MISO 從機發(fā)送 主機接收 SCLK 時鐘 CS 片選 SPI的點對點傳輸 在點對點的通信中 SPI接口不需要進行尋址操作 且為全雙工通信 顯得簡單高效 在多個從器件的系統(tǒng)中 每個從器件需要獨立的使能信號 硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些 SPI總線接口及時序 SPI模塊為了和外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換 根據(jù)外設(shè)工作要求 其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置 時鐘極性 CPOL 對傳輸協(xié)議沒有重大的影響 如果CPOL 0 串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平 如果CPOL 1 串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平 時鐘相位 CPHA 能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸 如果CPHA 0 在串行同步時鐘的第一個跳變沿 上升或下降 數(shù)據(jù)被采樣 如果CPHA 1 在串行同步時鐘的第二個跳變沿 上升或下降 數(shù)據(jù)被采樣 SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時鐘相位和極性應(yīng)該一致