STM32通信协议入门：USART/UART、SPI与IIC详解

STM32通信协议入门：USART/UART、SPI与IIC详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_73677866/article/details/132533837

在STM32开发过程中，掌握各种通信协议是必不可少的技能。本文将详细介绍三种常见的串行通信协议：USART/UART、SPI和IIC，帮助初学者快速入门。

基本概念

并行通信与串行通信

• 并行通信：多个数据位同时传输，常见的有8线、16线、32线、64线等方式。虽然传输速率高，但硬件成本也相对较高。
• 串行通信：数据位逐个发送，使用较少的数据线，硬件成本较低。生活中常用的通信方式。

同步传输与异步传输

• 同步通信：发送端提供时钟信号，接收端根据时钟信号接收数据。如I2C、SPI等。
• 异步通信：没有时钟信号，收发双方各自使用独立的时钟。通常用于低速传输，如UART。

全双工、半双工与单工

• 全双工：可以同时进行数据的发送和接收。
• 半双工：设备可以收发数据，但不能同时进行。
• 单工：设备只能发送或接收数据，不能同时进行。

USART通信

USART（通用同步异步收发传输器）与UART（通用异步收发传输器）的主要区别在于USART支持同步通信，而UART则不支持。

物理层

USART通信通常需要三根线：TXD（发送数据）、RXD（接收数据）和SCLK（同步通信时使用）。STM32使用TTL电平标准，常用于USB-TTL连接电脑测试或连接串口模块。

协议层

• 数据格式：包括同步和异步两种方式。
• 波特率：异步通信中用于约定每个码元的长度，常见值有4800、9600、115200等。
• 有效数据：数据包中的主体内容，长度通常为5、6、7或8位。
• 数据校验：可选的校验位，用于检测传输错误，包括奇校验、偶校验、0校验和1校验。

SPI通信

SPI（串行外设接口）是一种高速的全双工通信协议，通常使用4根线：SCK（时钟线）、MOSI（主机输出从机输入）、MISO（主机输入从机输出）和CS（片选线）。

基本结构

SPI支持多从机扩展，但实际应用中受限于IO口数量和负载电容。为了解决IO口紧张的问题，可以使用移位寄存器来控制CS片选线。

时序

SPI时序分为四种模式，由时钟极性和相位决定：

• 时钟极性（CPOL）：0表示空闲状态为低电平，1表示空闲状态为高电平。
• 时钟相位（CPHA）：0表示上升沿采样，1表示下降沿采样。

IIC总线通信

IIC（集成电路互连总线）是一种两线制的串行通信协议，使用SCL（时钟线）和SDA（数据线）两根信号线。

基本结构

IIC总线支持多设备挂载，通过地址区分设备。每个设备都有一个唯一的地址，总线结构如下图所示：

信号

IIC总线在传送数据过程中有三种类型的信号：

• 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高变低。
• 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低变高。
• 应答信号：主机每发送一个字节后，从机反馈一个应答信号。

数据有效性

IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；时钟线为低电平时，数据线上的电平允许变化。

数据格式

传输的数据中包含设备地址、数据和应答位。设备地址由主机发出，每个数据字节后都有一个应答位。