UART、SPI和IIC详解与比较（超级实用的调试经验）

1、UART

 UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL电平,  低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）

 UART使用的是异步串行通信

UART是两线，一根发送一根接收，可以全双工通信，线数也比较少

数据传送速率用波特率来表示，即每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位（1个起始位，7个数据位，1个校验位，1个结束位），则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

    其中各位的意义如下：
    起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。
    数据位：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：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：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。

2、SPI

 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI 接口由SDI（串行数据输入），SDO（串行数据输出），SCK（串行移位时钟），CS（从使能信号）四种信号构成。

在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。

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，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。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。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。个人理解这句话有2层意思：其一，主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定；其二，二者的配置应该保持一致，即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致，主设备的SDI同从设备的SDI配置一致。因为主从设备是在SCLK的控制下，同时发送和接收数据，并通过2个双向移位寄存器来交换数据。SPI接口时序如图3、图4所示

3、IIC

IIC与SPI的单主设备不同，IIC 是多主设备的总线，IIC没有物理的芯片选择信号线，没有仲裁逻辑电路，只使用两条信号线—— ‘serial data’ (SDA) 和 ‘serial clock’ (SCL)。

I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps

I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数 据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况 作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

 I2C总线数据传送采用时钟脉冲逐位串行传送方式，在SCL的低电平期间，SDA线上高、低电平能变化，在高电平期间，SDA上数据必须保护稳定，以便接收器采样接收，时序如图4所示。

响应

    数据传输必须带响应。相关的响应时钟脉冲由主机产生，当主器件发送完一字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟 （ACK）认可位，此时钟内主器件释放SDA线，一字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA线拉成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电 平。从器件的响应信号结束后，SDA线返回高电平，进入下一个传送周期。

 在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 : 

  1） 严格按照时序图的要求进行操作， 
  2） 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。 
  3） 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。 
  4） 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。

关于IIC总线的操作注意事项

1、对IIC总线的一次操作完之后，需要等待一段时间才能进行第二次操作。否则是启动不了总线的：）

2、在时钟线（SCL）为高电平的时候，一定不能动数据线（SDA）状态，除非是启动或者结束总线

4、USB接口 

Usb = Universal Serial Bus全称通用串行总线，是一种支持热插拔的高速串行传输总线，使用差分信号来传输数据

 最新一代是USB 3.1，传输速度为10Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W ，新型Type C插型不再分正反。