嵌入式（五）通信协议 | 串行异步同步 UART SPI I2C 全解析

文章目录

0 串口通信协议
1 通用异步收发传输器 UART
- 1.1 串口配置
- 1.2 串口初始化
- 1.3 串口发送和接收方式
- - 1.3.1 轮询方式发送
  - 1.3.2 中断方式发送
  - 1.3.3 查询方式接收
  - 1.3.4 中断方式接收
2 串行外设接口 SPI
- 2.1 标准的四线SPI接口
- 2.2 SPI的四种模式
- 2.3 配置
- 2.4 发送和接收
- - Master向Slave传输数据
  - Slave向Master传输数据
  - 液晶屏接口
3 I2C总线接口 I2C
- 3.1 通信时序解析
- 3.2 寻址及其示例
- 3 3通信速率
- 3.4 传送和接收读写数据

这节我们讲串行通信方式UART，SPI，I2C

先来看一下常见的通信方式分类方法

串行or并行？

串行通信一次只能发送一位，要发送8次才能发送一个字节。

并行通信通信时数据的各个位同时传送，可以实现字节为单位通信，但是通信线多占用资源多，成本高。

**同步or异步？ **

同步通信：所有设备使用一个共同的时钟信号，发送和接收双方严格按照该时钟信号处理数据的发送和接收。同步通信的优点是数据传输速率高，缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步。 SPI和I2C属于同步通信。

异步通信：异步通信中，每个设备都有自己的时钟信号，通信双方的时钟频率保持一致。异步通信以字符为单位进行数据传送，每一个字符均按照固定的格式传送，被称为帧，即串行异步通信一次传送一个帧。UART属于串行异步通信

0 串口通信协议

串口通信

串口通信，顾名思义也就是利用串行接口进行通信。串口通信和串行通信的区别在于：串行通信是一种概念，串口通信是一种是实现串行通信的具体的通信手段。

串口通信连接包括两根线，发送和接受双方交叉连接

一个RXD（Receive Data，RXD），表示接收数据

一个TXD（Transmit Data，RXD），表示发送数据

在这里插入图片描述

1 通用异步收发传输器 UART

串行通信，异步通信，既可以半双工也可以全双工

那么实际传输过程中，串口通信是一帧一帧组成的。每一帧数据由起始位（低电平）、数据位、奇偶校验位（可选）、停止位（高电平）组成

1.1 串口配置

而通信前，需要进行配置协商，需要配置的量有

串口号

波特率：波特率必须一致，是传输速率，每秒传多少码元

数据位：设置数据位有几位

停止位：设置停止位几位

校验位：设置是否有校验位

流控制

这里有一个概念，叫做波特率

波特率 vs 比特率

• 波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。单位：码元/s，所以它与比特率是不同的概念

• 比特率表示每秒钟通过信道传输的信息量，也就是每秒钟传送的二进制位数。单位：bit/s、比特/秒

• 不同的调制方法可在一个码元上负载多个比特信息。比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数

• 对于二进制的信号，码元速率和信息速率在数值上是相等的。因此，对于串口来说，比特率=波特率

• 但要注意：这里的比特率并不是应用层的有效数据传输率，因为开始位、停止位、校验位占了开销。

1.2 串口初始化

1 时钟速率配置

时钟控制命令寄存器CLKCONCMD

在这里插入图片描述

举例

CLKCONCMD &=0x80; //时钟频率为32ＭＨＺ

使用UART之前的引脚配置步骤

2 功能选项位置配置

使用寄存器PERCFG

在这里插入图片描述

举例

PERCFG=0x00;

3 使能引脚的外设功能 -USART功能

P0SEL寄存器

在这里插入图片描述

4 确定多功能的优先级

P2DIR寄存器

在这里插入图片描述

P2DIR&= ~0XC0; //P0优先作为串口0

5 使能USARTx的UART模式

U0CSR寄存器 //UART模式

在这里插入图片描述

U0GCR寄存器 //baud_e

在这里插入图片描述

U0CSR |= 0x80; //UART模式

U0GCR |= 10; //baud_e

没有用到U0UCR

6 波特率设置

U0BAUD寄存器

在这里插入图片描述

7 初始化中断标志位

UTX0IF寄存器

8 使能总中断

1 确定PIN

2 使能引脚外设功能

3 确定功能选项位置，确定多功能的优先级（可选）

4 使能USARTx的UART模式

寄存器USARTx

寄存器UxCSR

UxGCR

1.3 串口发送和接收方式

1.3.1 轮询方式发送

if(UartState == UART0_TX)              //发送状态 
        {                         
            U0CSR &= ~0x40;                    //禁止接收 
            UartSendString(RxData, count);     //发送已记录的字符串。
            U0CSR |= 0x40;                     //允许接收 
            UartState = UART0_RX;              //恢复到接收状态 
            count = 0;                         //计数清0
            memset(RxData, 0, SIZE);           //清空接收缓冲区
        }

1.3.2 中断方式发送

每个USART都有两个中断：

– 发送数据完成中断(URXxIF)

– 接收数据完成中断(UTXxIF)。

IEN2 |=0x04;  //开USART0发送中断

#pragma vector = UTX0_VECTOR
__interrupt void UART0TX_ISR(void)
{
	txNext=1 ; 
	UTX0IF = 0; //清中断标志
}

1.3.3 查询方式接收

        if(UartState == UART0_RX)              //接收状态 
        { 
          while(URX0IF==0);
          URX0IF=0;
          RxBuf = U0DBUF;  
          if(RxBuf != 0) 
          {                 
                if((RxBuf != '#')&&(count < 50))//以'＃'为结束符,一次最多接收50个字符            
                    RxData[count++] = RxBuf; 
                else
                {
                    if(count >= 50)             //判断数据合法性，防止溢出
                    {
                        count = 0;              //计数清0
                        memset(RxData, 0, SIZE);//清空接收缓冲区
                    }
                    else
                        UartState = UART0_TX;  //进入发送状态 
                }
                RxBuf  = 0;
          }
        }

1.3.4 中断方式接收

IEN0 |=0x84;  //开接收中断

#pragma vector = URX0_VECTOR
__interrupt void UART0RX_ISR(void)
{
 RxBuf = U0DBUF; //取出接收到字节
 URX0IF = 0; //清中断标志
}

2 串行外设接口 SPI

串行通信，全双工，同步通信

2.1 标准的四线SPI接口

UART只有两根线，而SPI要四根线

– SSEL：片选，也写做SSN，从设备片选使能信号。
– SCLK：时钟，也写作SCK，由主机产生，和SCL类似
– MOSI：主机输出从机输入，Master Output/Slave Input，主机给从机发送指令或
者数据的通道。
– MISO：主机输入从机输出，Master Input/Slave Output，主机读取从机的状态或
者数据的通道

Master-Slave

– SPI通信的参与方中只有一端提供时钟，称为Master,其他为Slave

– SPI通信可以一个Master,多个Slave, 通过片选信号选择当前通信的Slave设备