串口通讯——UART、SPI、I2C（总结）

1.全双工与半双工

UART和SPI都是全双工通信方式，因为他们的数据线都有两根，即可以在同一时间A发数据给B，B也可以在这个时间发数据给A。
I2C通信只有一根数据线，所以他不能在同一时间双向传输数据。

2.同步通信与异步通信

同步通信是指：发送方发出数据后，等待接收方发回响应以后再发送下一个数据包的通讯方式。

异步通信是指：发送方发出数据后，不等待接收方发回响应，直接发送下一个数据包的通讯方式。

同步通信是阻塞模式，异步通信是非阻塞模式。阻塞模式意味着占用更少的CPU资源。

SPI和I2C都有时钟线，都是同步通信方式。UART是异步通信方式。（设置共享时钟信号的通信协议都称为同步通信）

3.UART通信

两个UART直接通信。将控制设备的并行数据转换为串行形式发送。只需要两条线即可在两个UART之间传输信息。

UART属于异步通信，没有时钟信号。它会在数据包中增加开始和停止位。这些位定义了数据包的开始和结束，因此接收UART知道何时读取这些数据。

UART通信优点：
1.仅使用两根线
2.异步通信，无需时钟信号
3.具有奇偶校验位以允许进行错误检查、
UART通信缺点：
1.数据帧的大小最大为9位
2.不支持多个从属系统或多个系统

4.SPI通信

SPI可以无中断传输数据，可以连续地发送或接收任意数量的位。但是I2C和UART中，数据以数据包的形式发送，有限定位数。

在SPI设备中，设备分为主机控制设备（通常是微控制器）和从机（通常是传感器，显示器和存储芯片）设备，从机从主机那获取指令。

SPI信号线有四种： MOSI-信号线：主机输出，从机输入； MISO-信号线：主机输入，从机输出； SCLK-时钟信号； SS/CS-片选信号；

SPI协议特点： 从机的数量受系统负载电容的限制，它会降低主机在电压电平之间准确切换的能力。

时钟信号： 每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。 UART无时钟信号，双方设置预先配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时序。

时钟信号由于是主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。

片选信号： 主机通过拉低从机的CS/SS来使能通信。主机可以与存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个从机进行通信。

SPI优缺点
优点： 无起始位和停止位，因此数据可以持续传输不会中断；数据传输速率快（比I2C快几乎两倍）。独立的MISO、MOSI可以同时发送和接收数据。
缺点： 使用四根线（I2C使用两根线），没有信号接收成功的确认（I2C有此功能），没有任何形式的错误检查（UART中的奇偶校验位）

5.I2C通信

半双工通信，结合了SPI和UART的优点，可以将多个从机连接到单个主机（如SPI），也可以多个主机控制一个或多个从机。串行通信，SCL为时钟线。

不同于SPI的片选线，它是寻址确认从机设备。 主机将要通信的从机地址发送给每个从机，然后每个从机将其与自己的地址进行匹配比较，如果匹配，他就向主机发送一个低电平ACK位。不匹配不执行操作，SDA保持高电平。

I2C优点
1.仅仅使用两根线
2.支持多个主机和从机
3.硬件比UART更简单
I2C缺点
1.数据传输比SPI慢
2.数据帧大小限制为8位

6.三种协议表格对比

通信协议	UART	SPI	I2C
信号线数目	3根（RX TX GND）	4根（MOSI MISO SCLK CS/SS）	2根（SDA SCLK）
设备从属关系	两设备直连	一主多从，用片选信号拉低电平选择从机	支持多个主机和从机，用寻址选择从机
通信方式	全双工通信	全双工通信	半双工通信
通信速率	速度慢	比I2C速度快	没SPI速率快
通信特征	异步通信	同步通信	同步通信
	一帧可以传5-8位	可以无中断的传输，允许一位一位的传输	一次传8位

参考：
1.blog.csdn.net/qq_52608074… # 串口通信————UART、I2C、SPI详解（总结篇）
2.t.csdn.cn/dg905 # SPI、I2C、UART（即串口）三种串行总线详解