页面加载中，请稍候
来源:电子工程世界发布时间:2022-03-132048浏览
询问 AI电子设备之间的通信就像人类之间的交流，双方都需要说相同的语言。在电子产品中，这些语言称为通信协议。
之前有单独地分享了SPI、UART、I2C通信的文章，这篇对它们做一些对比。
在串行通信中，位通过单根线一一发送。下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输：
SPI协议特点实际上，从机的数量受系统负载电容的限制，它会降低主机在电压电平之间准确切换的能力。工作原理时钟信号
每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。 时钟信号由于是主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。 设备共享时钟信号的任何通信协议都称为同步。SPI是一种同步通信协议，还有一些异步通信不使用时钟信号。 例如在UART通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时序。片选信号
主机通过拉低从机的CS/SS来使能通信。 在空闲/非传输状态下，片选线保持高电平。在主机上可以存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个不同的从机进行通讯。
如果主机只有一个片选引脚可用，则可以通过以下方式连接这些从器件：
MOSI和MISO
主机通过MOSI以串行方式将数据发送给从机，从机也可以通过MISO将数据发送给主机，两者可以同时进行。所以理论上，SPI是一种全双工的通讯协议。传输步骤1. 主机输出时钟信号2. 主机拉低SS / CS引脚，激活从机
3. 主机通过MOSI将数据发送给从机
4. 如果需要响应，则从机通过MISO将数据返回给主机
使用SPI有一些优点和缺点，如果在不同的通信协议之间进行选择，则应根据项目要求进行充分考量。优劣优点
SPI通讯无起始位和停止位，因此数据可以连续流传输而不会中断；没有像I2C这样的复杂的从站寻址系统，数据传输速率比I2C更高（几乎快两倍）。独立的MISO和MOSI线路，可以同时发送和接收数据。缺点
SPI使用四根线（I2C和UART使用两根线），没有信号接收成功的确认（I2C拥有此功能），没有任何形式的错误检查（如UART中的奇偶校验位等）。
UART代表通用异步接收器/发送器也称为串口通讯，它不像SPI和I2C这样的通信协议，而是微控制器中的物理电路或独立的IC。UART的主要目的是发送和接收串行数据，其最好的优点是它仅使用两条线在设备之间传输数据。UART的原理很容易理解，但是如果您还没有阅读SPI 通讯协议，那可能是一个不错的起点。
工作原理发送UART从数据总线获取并行数据后，它会添加一个起始位，一个奇偶校验位和一个停止位来组成数据包并从Tx引脚上逐位串行输出，接收UART在其Rx引脚上逐位读取数据包。
起始位：
UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电压电平。开始传输时发送UART在一个时钟周期内将传输线从高电平拉低到低电平，当接收UART检测到高电压到低电压转换时，它开始以波特率的频率读取数据帧中的位。数据帧：数据帧内包含正在传输的实际数据。如果使用奇偶校验位，则可以是5位，最多8位。如果不使用奇偶校验位，则数据帧的长度可以为9位。 校验位：奇偶校验位是接收UART判断传输期间是否有任何数据更改的方式。接收UART读取数据帧后，它将对值为1的位数进行计数，并检查总数是偶数还是奇数，是否与数据相匹配。停止位：为了向数据包的结尾发出信号，发送UART将数据传输线从低电压驱动到高电压至少持续两位时间。传输步骤1. 发送UART从数据总线并行接收数据：
2.发送UART将起始位，奇偶校验位和停止位添加到数据帧：
3.整个数据包从发送UART串行发送到接收UART。接收UART以预先配置的波特率对数据线进行采样：
4.接收UART丢弃数据帧中的起始位，奇偶校验位和停止位：
5.接收UART将串行数据转换回并行数据，并将其传输到接收端的数据总线：
优劣没有任何通信协议是完美的，但是UART非常擅长于其工作。以下是一些利弊，可帮助您确定它们是否适合您的项目需求：优点
缺点
SDA (Serial Data) – 数据线。SCL (Serial Clock) – 时钟线。I2C是串行通信协议，因此数据沿着SDA一点一点地传输。与SPI一样，I2C也需要时钟同步信号且时钟始终由主机控制。
工作原理I2C的数据传输是以多个msg的形式进行，每个msg都包含从机的二进制地址帧，以及一个或多个数据帧，还包括开始条件和停止条件，读/写位和数据帧之间的ACK / NACK位：
启动条件：当SCL是高电平时，SDA从高电平向低电平切换。
地址帧：每个从属设备唯一的7位或10位序列，用于主从设备之间的地址识别。读/写位：一位，如果主机是向从机发送数据则为低电平，请求数据则为高电平。ACK/NACK：消息中的每个帧后均带有一个ACK/NACK位。如果成功接收到地址帧或数据帧，接收设备会返回一个ACK位用于表示确认。寻址
由于I2C没有像SPI那样的片选线，因此它需要使用另一种方式来确认某一个从设备，而这个方式就是 —— 寻址 。主机将要通信的从机地址发送给每个从机，然后每个从机将其与自己的地址进行比较。如果地址匹配，它将向主机发送一个低电平ACK位。如果不匹配，则不执行任何操作，SDA线保持高电平。读/写位
地址帧的末尾包含一个读/写位。如果主机要向从机发送数据，则为低电平。如果是主机向从机请求数据，则为高电平。数据帧
当主机检测到从机的ACK位后，就可以发送第一个数据帧了。数据帧始终为8位，每个数据帧后紧跟一个ACK / NACK位，来验证接收状态。当发送完所有数据帧后，主机可以向从机发送停止条件来终止通信。传输步骤1. 在SCL线为高电平时，主机通过将SDA线从高电平切换到低电平来启动总线通信。2. 主机向总线发送要与之通信的从机的7位或10位地址，以及读/写位：
3. 每个从机将主机发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配，则从机通过将SDA线拉低一位返回一个ACK位。如果主机的地址与从机的地址不匹配，则从机将SDA线拉高。
6. 随后主机将SCL切换为高电平，然后再将SDA切换为高电平，从而向从机发送停止条件。单个主机VS多个从机
由于I2C使用寻址功能，可以通过一个主机控制多个从机。使用7位地址时，最多可以使用128(27)个唯一地址。使用10位地址并不常见，但可以提供1,024(210)个唯一地址。如果要将多个从机连接到单个主机时，请使用4.7K欧的上拉电阻将它们连接，例如将SDA和SCL线连接到Vcc：
多个主机VS多个从机
I2C支持多个主机同时与多个从机相连，当两个主机试图通过SDA线路同时发送或接收数据时，就会出现问题。因此每个主机都需要在发送消息之前检测SDA线是低电平还是高电平。如果SDA线为低电平，则意味着另一个主机正在控制总线。如果SDA线高，则可以安全地发送数据。如果要将多个主机连接到多个从机，请使用4.7K欧的上拉电阻将SDA和SCL线连接到Vcc：
优劣与其他协议相比，I2C可能听起来很复杂。以下是一些利弊，可帮助您确定它们是否适合您的项目需求：优点
缺点
新闻来源：电子工程世界，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
暂无评论哦，快来评论一下吧！
2026-06-12
2026-07-01
2026-06-11