1寫在前面

為什么要講述串行通信呢？因為現在并行通信相對很少見，基本上都是串行通信。

今天給大家概要講述一下常見的串行通信及相關基礎原理。

包含：UART、 I2C、 SPI、 CAN、 USB等。

2基本概念

2.1 UART

UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發器。

USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發送器。

USART可以理解為UART和USRT二合一的通信接口，一個是同步通信，一個是異步通信。

2.2 I2C

I2C：Inter-Integrated Circuit，字面上的意思是集成電路之間，它其實是I2C Bus簡稱，所以中文應該叫集成電路總線，它是一種串行通信總線。

2.3 SPI

SPI：Serial Peripheral Interface，串行外設接口，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。

QSPI是Queued SPI的簡寫，是Motorola公司推出的SPI接口的擴展，比SPI應用更加廣泛。

QSPI是在SPI協議的基礎上，對其增加了隊列傳輸機制，傳輸過程不需要CPU干預，極大的提高了傳輸效率。

2.4 CAN

CAN：Controller Area Network，控制器局域網絡。

CAN 總線是一種應用廣泛的現場總線 ,在工業測控和工業自動化等領域有很大的應用前景。

2.5 USB

USB：Universal Serial Bus，通用串行總線。

USB是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊，是應用在PC領域的接口技術。

3通信原理（基礎）

這幾種常見串行方式基礎的通信原理不難，網上教程也有很多，這里給大家整合一下。

3.1 UART

UART通信一般是3線，當然也有單線半雙工模式。

UART連接方式：

UART通信數據格式：

這一節詳細更多內容請參看《通信教程01》中串行通信章節。

3.2 I2C

I2C是串行同步通信方式，一般是2線（SDA數據線、SCL時鐘線），一主多從的通信方式。

I2C連線方式：

SDA（串行數據線）和SCL（串行時鐘線）都是雙向I/O線，接口電路為開漏輸出．需通過上拉電阻接電源VCC。當總線空閑時．兩根線都是高電平，連接總線的外同器件都是CMOS器件，輸出級也是開漏電路．在總線上消耗的電流很小。

I2C一般是地址+數據+ACK方式，基礎的數據格式：

3.3 SPI

SPI應用非常廣泛，通常用于在微控制器和小型外設（如移位寄存器，傳感器和SD卡）之間發送數據的接口總線。

SPI通信主要使用3線（SCK、MOSI、MISO）進行通信：

但是SPI也用于多從機通信，此時，會多處一個CS片選信號線。

多從機接線方式：

當然，還有類似I2C多從機，通過尋址方式實現：

SPI通信協議比I2C要簡單的多，沒有過多的數據處理。

3.4 CAN

CAN通信是相對前面3種更復雜的一種局域網絡，不管是硬件，還是軟件協議都更加復雜。

這里不詳細講述，可以關注我公眾號『strongerHuang』，回復【CANOpen系列教程】，里面有關于CAN從底層硬件、協議、到上層軟件的詳細內容。

3.5 USB

前不久才寫了關于USB的相關內容：USB4規范正式公布，傳輸帶寬高達40Gbps

USB是生活中常見的一種串行通信接口，主要4線（D+ D- VCC GND）：

USB設備端的D-或D+數據線連接1.5K歐姆的上拉電阻。當設備插入PC機的時候，會將PC機的D-或D+端的電壓拉高，當PC機在D-或D+端檢測到高電平時，就知道有設備插入了。

如果是PC機D-端被拉高，接入的則是USB低速設備；如果是PC機D+端被拉高，接入的則是USB全速或高速設備，具體是全速設備還是高速設備，會由PC機和USB設備發包握手確定。

USB傳輸速度有：低速1.5Mbps(USB1.0協議)、全速12Mbps(USB1.1協議)、高速480Mbps(USB2.0協議)、超高速5Gbps(USB3.0協議)等。