🧩 当城市之间开始通信，它们是低语、广播、还是被指令召唤？
UART / SPI / I²C，看似只是接口协议，其实是文明之间的语言协定。
如果你也是一位主控规划者，你会为模块居民选择哪种交流方式？
🎯 用"位元灵力世界"世界观理解 PWM
📚 系列：位元灵力 · 模块觉醒手册 - Day 1 PWM
🌐 城市之间的通信
三种通信方式
1. UART：点对点私聊
基本概念：
- UART = Universal Asynchronous Receiver/Transmitter（通用异步收发器）
- 两根管线：
- TX = Transmit（发送）：主城区的总发送口
- RX = Receive（接收）：主城区的总接收口
- 像主城市可以选定一个卫星城市，建立专用电话线
异步通信的特点：
- 不需要统一的时钟信号：不像同步通信那样需要统一的节拍器（时钟信号）
- 类比：时钟信号就像合作项目的具体进度工期，工期结束就进入下一个城市的合作。UART 这种固定输送的专线不需要设定这样的时间期限
- 双方约定传输速度：虽然不需要统一节拍器，但两个城市需要提前约定好传输速度（波特率），就像约定好说话的快慢
- 可以同时发送和接收：因为没有统一的时间期限限制，双边城市可以同时发送和接收，互相输送资源
工作原理：
- 可以连接不同设备：主城市的两根线（TX、RX）可以连接到不同的卫星城市
- 每次只能选一个：同时只能连接一个卫星城市，选中之后这两根线就变成与这个卫星城市的专线
- 有来有回的双向通信：两个城市可以同时发送和接收，互相输送资源
- 要换设备需要重新连接：如果要连接另一个卫星城市，需要先物理断开当前连接，再重新连接
连接方式：
- A 城市的 TX 接 B 城市的 RX
- A 城市的 RX 接 B 城市的 TX
- 必须交叉连接，不然会"对着自己说话"，收不到信息
Arduino UNO 的 UART 接口：
- 引脚 0 (RX)：接收外部世界的粒子
- 引脚 1 (TX)：向外部世界发送粒子
- 这是连接外部世界（电脑）的通道
⚠️ 重要：主城区的总发送和接收口，不能随意使用！
- 这是城市规划者与外部世界（电脑）通信的唯一通道
- 如果在这两个接口上接其他设备，会影响：
- 程序上传（城市规划者无法向城市发送指令）
- 串口调试（无法接收城市的反馈信息）
- 城市与外部世界的通信会被中断
2. SPI：指挥官调度
基本概念：
- SPI = Serial Peripheral Interface（串行外设接口）
- 四根管线：
- MOSI = Master Out, Slave In：主设备发 → 从设备收
- MISO = Master In, Slave Out：从设备发 → 主设备收
- SCLK = Serial Clock：时钟节拍器（由主设备发出）
- SS = Slave Select：选中哪个从设备（片选线）
- 像主城市对下属城市的调度系统
- 主城市掌握时钟，每个从城市有自己的选中线
- 不是"大家都说话，主城市挑着听"，而是"没被点名的就闭麦"
Arduino UNO 的 SPI 接口：
- 引脚 10 (SS)：选中从设备
- 引脚 11 (MOSI)：主设备发，从设备收
- 引脚 12 (MISO)：从设备发，主设备收
- 引脚 13 (SCLK)：时钟节拍器
工作原理：
- 主城市选择合作城市：主城市选中需要资源输送的下级城市，由主城市来选择城市进行工程合作，一次只选择一个
- 有具体合作期限和顺序安排：SCLK 是主设备发出的"节拍器"（时钟信号），就像合作项目的具体进度工期，让被选中的从设备按节奏说话
- SS 是"选人按钮"：每个从设备需要自己单独的 SS 线，主设备按下哪个 SS 按钮，就只让那一个从设备参与合作
- 没被选中的城市：没被选中不代表那个下级城市没有在运行，可能还在运行其他任务，只是没有在参与这种有具体合作期限和顺序安排的合作（不参与 SPI 通信）
- 接多个 SPI 设备时：
- 主控只有三个引脚：MOSI、MISO、SCLK（主控只有这三个引脚，不是分线器）
- 所有从设备并联连接：所有从设备的 MOSI 都连接到主控的 MOSI 引脚，所有从设备的 MISO 都连接到主控的 MISO 引脚，所有从设备的 SCLK 都连接到主控的 SCLK 引脚（所有设备都并联在这三个引脚上）
- SS 线是每个设备一根专属线：每个从设备有自己的 SS 线，连接到主控的不同引脚（可以用 D10、D9、D8...），主控通过切换不同的 SS 线来选择当前合作的设备
- 工作原理：所有从设备都并联连接在主控的三个引脚上，主控发送的信号所有设备都能"听到"，但只有被 SS 选中的设备才会参与通信（响应），其他设备虽然连接着，但会自动"静音"（不响应）
关键理解：
- SCLK 不切换"仆从"本身，而是驱动当前被选中的仆从同步讲"01"的节拍器
- SS 负责切换仆从（谁能参与合作）
- 只有当前被选中的仆从才在听/说，非被选中的仆从会"自动静音"（不参与 SPI 通信，但可能还在运行其他任务）
📎 物理连接总结：
- ✅ MOSI/SCLK/MISO 是一根线拉出多分叉：物理上可焊/排线处理，一根导线分出多个分叉连接到各个从设备
- ❌ 不是每个设备都插拔那三根线：而是永远插着，通过独立的 SS 线（CS 线）控制谁能说
- ✅ 并不需要"分线器"这种额外芯片：线路本身的连接 + 主控逻辑 + 从设备的高阻管理就能搞定
- ✅ 如果设备多，SS 线会很多：这是 SPI 拓展能力的硬伤（和 I²C 多设备共享一个地址相比）
高阻管理（High-Z）的解释：
- SS 是一种控制信号：SS 信号告诉从设备"是否轮到你参与合作"
- MOSI 和 SCLK 一直连着，实时监听：所有从设备的 MOSI 和 SCLK 都一直连接着，这样它们可以实时监听主控发送的信号，看下一波是不是要轮到自己了
- 自动静音机制：如果 SS 信号表示"没轮到这个设备参与"，设备会自动把 MISO 引脚的输出改变为高阻状态（High Impedance），实现"静音"
- 高阻状态：当从设备没被选中时，它的 MISO 引脚会进入"高阻状态"，就像这个引脚"断开"了一样，不会影响总线上的信号
- 为什么需要高阻管理：所有从设备的 MISO 都连接在同一根总线上，如果没被选中的设备也在总线上"说话"，就会互相干扰。高阻状态让没被选中的设备"自动断开"，不会影响总线上的信号
- 类比：就像没被选中的城市虽然连接着共享总线，但它的"发言口"（MISO）自动关闭了，不会干扰其他城市的通信。但它的"耳朵"（MOSI、SCLK）还在听着，随时准备参与合作
- 关键机制：SS 信号 → 从设备判断 → 自动切换 MISO 为高阻状态 → 实现静音。这是为什么多个设备可以并联在同一根总线上，而不会互相干扰的核心机制
📎 SPI 总结：串行外设接口的城市管理体系
"串行外设接口"这个名字很合理，就像真实人类世界的城市管理：
- 一个主城市，下面有很多下级城市：主控城市（主设备）管理多个卫星城市（从设备）
- 多个输送资源的项目沟通管道，但不是总开启的：MOSI、MISO、SCLK 是项目沟通管道，所有下级城市都连接着这些管道，但管道不是总开启的
- 需要接收来自上峰的每次来电和会议：所有下级城市都需要实时监听主城市的信号（通过 MOSI 和 SCLK），随时准备参与合作
- 只有被主城市选择的城市，才会开启管道，进行项目管道，互相传送脉冲：只有被 SS 信号选中的下级城市，才会开启 MISO 管道，与主城市进行双向通信，互相传送脉冲资源
这就是 SPI 的本质：一个主城市通过项目管道系统，有序地管理多个下级城市的资源输送和通信。
3. I²C：共享广播频道
基本概念：
- I²C = Inter-Integrated Circuit（内部集成电路）
- 两根管线：
- SCL = Serial Clock：时钟，主城市控制（统一节拍器）
- SDA = Serial Data：数据，双向，所有城市共用（所有数据都从这条线上走）
- 所有城市共享同一对管线（总线）
- 每个城市有地址，主城市通过地址点名
- 像"小区广播 + 举手说话"：主城市控制总线，只有两根线，每个城市有地址
Arduino UNO 的 I²C 接口：
- 模拟引脚 A4 (SDA)：数据线，双向
- 模拟引脚 A5 (SCL)：时钟线，主设备控制
工作原理：
- 两根线，比较拥挤：主控只有两根线（SCL 和 SDA），所有下级城市都连接在这两根线上
- 所有下级城市都开会，但每个都有发言的机会：所有从设备都挂在同一"广播频道"上，这是一个大项目，每个下级城市都有机会做一点
- 由主控城市决定这次轮到谁来参与和发言：主设备通过地址点名，决定这次轮到哪个城市参与和发言
- 所有信息都集中在一个通道（SDA）：SDA 是双向的，一根线既收又发（不同设备交替使用），所有数据都从这条线上走
- 由 SCL 不同的工期和时间点，来决定是哪个城市来做：SCL 是主设备控制的拍子棒（统一节拍器），每一位数据都踩这个节奏过线，通过不同的时间点来决定是哪个城市来做
- 主设备用代码控制通信流程：先写地址、再读/写数据
- 有协议控制：谁在说，谁闭嘴，谁等拍子，避免冲突
关键理解：
- SCL 是主设备控制的拍子棒，每一位数据都踩这个节奏过线
- SDA 是大家排队用的麦克风，所有数据都从这条线上走（问与答都用它）
- 主设备是司仪，控制节奏、控麦权限、话题安排
- 从设备都很克制，等主人喊了地址，才准许说一句
📎 I²C vs SPI 的区别：
- SPI：主控城市跟单个下级城市的独立项目，每个项目有独立的管道（SS 线），可以同时进行多个独立项目
- I²C：主城市和下级城市的共同项目，所有城市共享同一个通道（SDA），通过地址和时间点来决定轮到哪个城市参与，比较拥挤但更节省资源
通信的本质
虽然都是光明粒子和黑暗粒子：
- 但"语法不同、节奏不同、讲究也不同"
- 就像不同城市有不同的语言，虽然都是粒子，但得按各自方式说对，才能通
🏠 外部世界的能量系统
220V 市电：外部世界的统一能量
核心理解：
- 外部涌入的能量大小是一样的：外部世界（现实世界）有统一的 220V 交流电，所有城市接收到的外部能量大小是一样的
- 直接流入下级城市会造成大量浪费：如果外部能量直接流入下级城市，每个城市都会按照自己的需求消耗能量，但很多能量会被浪费（比如不需要那么亮的时候也消耗那么多能量）
- 从主控城市进行分配，能够让资源得到合理利用：主控城市接收外部能量后，通过 PWM 等方式进行分配，根据实际需求控制能量输出，让资源得到合理利用
不同城市的调光方式：
- 传统白炽灯城市：
- 串接调压器或可控硅削波器
- 让 220V 的能量打折进入城市
- 现代 LED 城市：
- 内部有电源转换模块
- 用 PWM 调光（和 Arduino 一样！）
- 城市的脉冲控制城市的亮度
- 节能灯城市：
- 电子镇流器控制
- 部分支持电流限流
类比：
- 220V 是外部世界的统一能量标准，所有城市接收到的外部能量大小是一样的
- 但直接流入下级城市会造成大量浪费，因为每个城市都会按照自己的需求消耗能量
- 从主控城市进行分配，能够让资源得到合理利用：主控城市通过 PWM 等方式，根据实际需求控制能量输出，让资源得到合理利用
- PWM 就是主控城市控制"分配多少"的方式
💡 关键理解总结
PWM 的本质
城市的脉冲能量输送：
- Arduino 城市有供能，有光明粒子和黑暗粒子进入供能
- 城市的最大作用是将粒子再分配
- 通过控制脉冲，完成不同任务（比如灯光的明暗）
- 由整个城市的居民共同维持
- 城市规划者可以调节脉冲的强度和频率
- 占空比 = 光明粒子在周期内的时间比例
- 频率 = 每秒有多少个周期（脉冲多少次）
能量输出：
- 不是你来了几次（频率），而是你在这段时间里陪我多久（占空比）
- 真正感受到"强"的，是光明粒子在管线里待了多长时间
- 通过脉冲控制，将粒子再分配给其他部件，完成不同任务
城市规划的规则
必须遵循造物主的规则：
- 造物主留下了世界的规则和秩序
- 城市规划者必须严格遵守，否则会导致：
- 居民和能量被消耗
- 能量被浪费
- 城市被废弃
主控模块的作用：
- 是城市规划者在城市内部的执行机构
- 它统管模块作为或分配粒子资源
- 控制整个城市的脉冲节奏和能量输送
🔄 用"位元灵力世界"世界观理解 PWM 的本质
📚 系列：位元灵力 · 模块觉醒手册 - Day 1 PWM
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