UART、SPI、IIC复习总结

一、UART

1、UART和USART的异同？

相同点

基本功能：都是用于串行通信的数据收发设备，能够实现数据在不同设备之间的传输。在异步通信模式下，二者的工作方式相似，都使用起始位、数据位、校验位（可选）和停止位来构成数据帧进行数据传输。
全双工通信：都支持全双工通信，即可以同时进行数据的发送和接收23。

不同点

通信模式：
- UART：只支持异步通信模式，数据发送方和接收方不需要共享时钟信号，依靠预先设定的波特率来同步发送和接收数据。
- USART：既支持异步通信模式，也支持同步通信模式。在同步模式下，数据的发送和接收通过共享时钟信号来同步。
时钟信号：
- UART：没有时钟信号引脚，通信双方通过事先约定好的波特率来同步通信。
- USART：在同步模式下，使用一个共享的时钟信号来同步数据传输，需要额外的时钟引脚（如 SCK）。USART 还可以通过外部时钟源来提供时钟信号，或者通过内部时钟生成。
硬件支持：
- UART：一般接口硬件设计较为简单，只有发送（TX）和接收（RX）两个基本功能引脚，适用于异步串行通信场合。
- USART：除具备 UART 的功能外，还支持同步通信，其硬件能直接与时钟信号协作，可提高数据传输的稳定性和速度，适合长距离或者高速通信。
应用场景：
- UART：常用于较低速、较短距离的通信，如计算机与外设之间的通信、设备配置等简单数据传输场景。
- USART：适用于更为复杂的通信场景，特别是需要同步传输数据、进行高速通信的应用，如 SPI 或 I2S 等协议的硬件实现。
引脚数量：
- UART：通常只需两个引脚，即 TX（发送）和 RX（接收）。
- USART：在同步模式下使用时，除了 TX 和 RX 引脚外，还需要额外的时钟引脚（如 SCK）来同步数据的传输。
速度与稳定性：
- UART：速度相对较低，在高波特率下，由于没有时钟信号支持，可能会出现误差或时序问题。
- USART：由于有同步模式，在高速度和长距离传输时能保持数据的稳定性，减少误码率。

2、什么是UART？

通用异步接收器/发送器，通常称为UART，是一种广泛应用于嵌入式领域的串行、异步、全双工通信协议。

3、物理连线

UART 通道有两条数据线。每个设备上都有一个 RX 引脚和一个 TX 引脚（RX 用于接收，TX 用于发送）。每个设备的 RX 引脚都连接到另一个设备的 TX 引脚。

注：没有共享时钟线！这是通用异步接收方发送方的“异步”通信！

4、通信协议

（1）工作原理：逐位传输传输数据的每个二进制位

（2）信号线上的状态为高时：代表“1”；当信号线上的状态为低时：代表“0”。

（3）串行通信：指利用一根传输线逐位依次传输数据，也可以用两根信号线组成全双工通信。

（4）异步通信：以一个字符为传输单位。两包数据的间隔时间可以不同，但是数据每个位的间隔时间是固定的。比如传输0x02，0000 0010，1和0之间的间隔时间就可以根据设置的波特率，每两个位之间的传输速率就是1/波特率。一般来说，两个UART设备之间的通信不需要时钟线。此时，需要在两个UART设备上指定相同的传输速率，以及空闲位、起始位、奇偶校验位和结束位，即遵循相同的协议。

（5）数据传输速率以波特率表示，即每秒传输的位数。例如，如果数据传输速率为960个字符/秒，每个字符为10位（1个起始位、7个数据位、1个校验位、1个停止位），则其传输的波特率为10×960 = 9600 个字符/秒 = 9600 波特率