串口通信以及USART和UART以及IIC和SPI-学习笔记

串行通讯与并行通讯

串行通讯是指设备之间通过少量数据信号线（一般8根以下）、地线以及控制信号线，按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式，串行通讯同一时刻只能传输一个数据位的数据，但通讯距离比并行通讯远、抗干扰能力比并行通讯强，成本较低；
并行通讯指使用8、16、32及64根或更多的数据线进行传输的通讯方式。并行通讯可传输多个数据位的数据，传输速率相比于串行通讯较高。

全双工、半双工及单工通讯

全双工就是同一时刻两个设备间可同时收发数据；半双工同一时刻不能同时收发数据但设备间可进行数据收发；单工表示随时但只能进行一个方向的通讯，设备向另一个设备发送和接收都是固定的。

同步通讯和异步通讯

根据是否使用到时钟信号简单可区分；

USART

具体名称：通用同步/异步串行接收/发送器；
特点：全双工通用同步/异步串行收发模块；
注意：它只是一种通信方式；不具体到串口名称；

UART

具体名称：通用异步串行接收/发送器；
特点：全双工通用异步串行收发模块；
串口通信的接收和发送方无统一的时钟信号，故也可算为异步通信；
串口通信使用电平信号传输：电平信号是用信号线电平减去参考线电平得到的电压差，此电压差决定了传输值为0或1(逻辑值)；
RS232电平和TTL电平以及RS485电平：RS232电平中-15_{-3V表示值为1，+3V}+15V表示0；而TTL电平中+2.4V_{+5V表示1，0V}0.5V表示0；RS485中+2V_{+6V表示逻辑1，-6V}-2V表示逻辑0；注意：它们都是一种逻辑电平的表示方式，算是一个电平标准。
串口通信为了使双方正常通信，所以需要事先约定号通信格式对应参数值，比如波特率（指串口通信速率，9600波特率表示每秒传输一个二进制位需要1/9600=104us），需要注意通信时双方必须设置相同的波特率才可通信；
其他参数：起始位：表示发送方发送一个通信单元；数据位：是一个通信单元中发送的有效信息位，一般可选6、7、8、9，一般为8位；校验位、停止位（一般可设1、1.5、2）；
232通信主要由RX、TX和GND三根线组成，设备间发送接接收，接收连发送，地线接地线，为了保证数据传输增加至九个引脚，也叫DB9；
485通信时主要为了解决232通信距离问题，它以一种差分信号进行传输，只需要两根线，A和B作为数据信号传输。
422就是把232的RX分为RX+、RX-，TX分为TX+、TX-，确保可以同时发送和接收，传输距离也比较长。（RS232接口通讯距离小于等于15m，只能连接一个设备，而RS422和485接口通讯距离最大可达1200m并且可连接多台设备。）
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SPI和IIC总线

SPI总线

SPI总线是一种全双工的串行通信总线，由一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）组成。SPI总线通常由四根线构成：
SCLK（Serial Clock）：时钟线，由主设备产生，并用于同步数据传输。
MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出从设备输入的数据线。
MISO（Master In Slave Out）：主设备输入从设备输出的数据线。
SS（Slave Select）：从设备选择线，用于选择从设备进行通信。
SPI总线的工作方式如下：
主设备通过SS线选择目标从设备。
主设备发送数据到MOSI线。
主设备从MISO线读取从设备的响应数据。
在每个时钟周期中，主设备和从设备都会在各自的数据线上同时发送和接收数据。
SPI总线具有以下特点：
高速：SPI总线通常可以达到很高的数据传输速率，适用于对速度要求较高的应用。
灵活性：SPI总线可以连接多个从设备，并且可以通过SS线选择目标设备。
简单性：SPI总线协议相对简单，易于实现和调试。
SPI总线广泛应用于许多领域，如存储器芯片、传感器、显示屏等。例如，存储器芯片可以使用SPI总线来读取和写入数据。
20. I2C总线

I2C总线是一种双线制的串行通信总线，由一个或多个主设备和一个或多个从设备组成。I2C总线通常由两根线构成：
SCL（Serial Clock）：时钟线，由主设备产生，并用于同步数据传输。
SDA（Serial Data）：数据线，用于传输数据。
I2C总线的工作方式如下：
主设备通过SCL线产生时钟信号驱动通信。
主设备通过SDA线发送起始位（Start Bit）和从设备地址，并指定读取或写入操作。
主设备或从设备通过SDA线传输数据，每个字节都会由接收方发送一个应答位（ACK）作为确认。
通信结束后，主设备发送停止位（Stop Bit）结束通信。
I2C总线具有以下特点：
多设备连接：I2C总线支持多个主设备和从设备的连接，通过地址选择实现通信。
低速：相对于SPI总线，I2C总线的数据传输速率较低。
简单性：I2C总线协议较为简单，易于实现和调试。
I2C总线广泛应用于许多领域，如存储器芯片、传感器、温度监测器、电源管理芯片等。例如，传感器可以使用I2C总线来传输测量数据，而电源管理芯片可以使用I2C总线来控制和监测电源的状态。
注意：由于SPI总线采用全双工模式，数据可以同时在主设备和从设备之间传输，因此SPI总线通常具有较高的数据传输速率。而I2C总线采用半双工模式，数据只能在一个方向上传输，因此其数据传输速率相对较低。
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