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  • SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線
  • 添加時間:2019年05月18日  作者:SPI串口模塊  來源:SPI串口模塊

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

SPI(Serial Peripheral Interface,串行外設接口)

 

SPI、UART、I2C三種串行總線簡介

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

SPI是一種高速、全雙工、同步、串行通信總線,3~4線接口,以主從模式工作,收發獨立,可以實現多個SPI設備互相連接。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

提供SPI串行時鐘的SPI設備為SPI主機或主設備(Master),其他設備為SPI從機或從設備(Slave)。SPI總線由三條信號線組成,分別是SCLK(串行時鐘)、SDI(串行數據輸入)、SDO(串行數據輸出)。當有多個從設備時,還可以增加一條從設備選擇線,CS是控制芯片是否被選中的,這樣就可以實現在同一總線上多個SPI設備互相連接。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

如果用GPIO口模擬SPI總線,必須要有一個輸出口(SDO),一個輸入口(SDI),另一個口則視實現的設備類型而定,如果要實現主從設備,則需輸入輸出口,若只實現主設備,則需輸出口即可,若只實現從設備,則只需輸入口即可。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

SDI – 主設備數據輸入,從設備數據輸出;

 

SDO – 主設備數據輸出,從設備數據輸入;

 

SCLK – 時鐘信號,由主設備產生;

 

CS – 從設備使能信號,由主設備控制。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

SPI 是一種允許一個主設備啟動一個與從設備同步通訊的協議,從而完成數據的交換。SPI是串行協議,也就是說數據是一位一位傳輸的,這就是SCLK時鐘線存在的原因,由SCLK提供時鐘脈沖,SDI、SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過 SDO線,數據在時鐘上升沿或下降沿時改變,在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸,輸入也使用同樣原理。這樣,在至少8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次),就可以完成8位數據的傳輸。這樣的傳輸方式有一個優點,與普通的串行通訊不同,普通的串行通訊一次連續傳送至少8位數據,而SPI允許數據一位一位的傳送,甚至允許暫停,因為SCLK時鐘線由主控設備控制,當沒有時鐘跳變時,從設備不采集或傳送數據。也就是說,主設備通過對SCLK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

SPI還是一個數據交換協議:因為SPI的數據輸入和輸出線獨立,所以允許同時完成數據的輸入和輸出。不同SPI設備的實現方式不盡相同,主要是數據改變和采集的時間不同,在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義,具體請參考相關器件的文檔。

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

最后,SPI接口的一個缺點:沒有指定的流控制,沒有應答機制確認是否接收到數據。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

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。在多個從設備的系統中,每個從設備需要獨立的使能信號,硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。SPI接口主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器,還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。

 

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用異步收發器)

 

SPI、UART、I2C三種串行總線簡介

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SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

UART總線是兩線、全雙工、異步串口,速度慢。比SPI、I2C這兩種同步串口的結構要復雜很多,一般由波特率產生器(產生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發送器組成,硬件上有兩根線,一根用于發送,一根用于接收。數據是異步傳輸的,對雙方的時序要求比較嚴格,通信速度也不是很快,在多機通信上面用的最多。如果用GPIO口模擬UART總線,則需一個輸入口,一個輸出口。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

UART是用于控制計算機與串行設備的芯片,它提供了RS-232C數據終端設備接口,這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。大多數計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議;很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時,串口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。串口通信的概念非常簡單,串口按位(bit)發送和接收字節。盡管比按字節(byte)的并行通信慢,但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。作為接口的一部分,UART還提供以下功能:

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

將由計算機內部傳送過來的并行數據轉換為輸出的串行數據流;

將計算機外部來的串行數據轉換為字節,供計算機內部使用并行數據的器件使用;

在輸出的串行數據流中加入奇偶校驗位,并對從外部接收的數據流進行奇偶校驗;

在輸出數據流中加入啟停標記,并從接收數據流中刪除啟停標記;

處理由鍵盤或鼠標發出的中斷信號;

可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題;

有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區,現在比較新的UART是16550,它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數據。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

I2C(Inter-Integrated Circuit)

 

I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、同步、串行、多主控(multi-master)接口標準,具有競爭檢測和總線仲裁機制,非常適合在器件之間進行近距離、非經常性的數據通信。在I2C的協議體系中,傳輸數據時都會帶上目的設備的設備地址,因此可以實現設備組網。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

如果用GPIO口模擬I2C總線,并實現雙向傳輸,則需一個輸入輸出口(SDA),另外還需一個輸出口(SCL)。

 

I2C總線最主要的優點是其簡單性和有效性。I2C能用于替代標準的并行總線,能連接各種集成電路和功能模塊。只要求兩條總線線路:一條串行數據線SDA 一條串行時鐘線SCL。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

I2C是多主控總線,總線上每一個設備都有一個獨一無二的地址,根據設備自己的能力,任何能夠進行發送和接收的設備都能像主控器一樣工作,并控制總線。當然,在任何時間點上只能有一個主控,如果兩個或更多主機同時初始化數據傳輸可以通過沖突檢測和仲裁,防止數據被破壞。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。同步時鐘允許器件通過總線以不同的波特率進行通信。同步時鐘可以作為停止和重新啟動串行口發送的握手方式。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

由于接口直接在組件之上,因此I2C總線占用的空間非常小,減少了電路板的空間和芯片管腳的數量,降低了互聯成本??偩€的長度可高達25英尺,并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

串行的8 位雙向數據傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s ,快速模式下可達400kbit/s ,高速模式下可達3.4Mbit/s。

 

SPI串口模塊-SPI、UART、I2C三種串行總線

片上的濾波器可以濾去總線數據線上的毛刺波保證數據完整。I2C使用上拉電阻,抗干擾能力較弱,一般用于同一板卡上芯片之間的通信,較少用于遠距離通信。連接到相同總線的IC 數量只受到總線的最大電容400pF 限制。


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