USART

简介

USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步异步收发器

UART：Universal Asynchronous Receiver Transmitte，通用异步收发器

USART算是UART的哥哥，比UART多一个同步通信特性。这两个都是串行通信协议。同步通信需要双方时钟频率一致，而异步通信无需时钟频率一致，通过设置固定的波特率+识别起始位和结束位来识别数据。其数字基带调制均使用NRZ（不归零）码。

UART和USART最大都只能和一个主机同时通信

波特率

UART通信的波特率用于描述UART每秒传输的比特的速度(因为UART采用二进制信道Baud=bps)，其单位为bps(bit per sec)，常用的波特率有9600，115200等。以9600为例，每一个bit持续的Ts就是

帧格式

UART规定数据空闲时，总线为高电平。

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UART的帧格式为

  1. 起始位：一个低电平信号，使用由高电平(空闲)朝低电平(起始位)跳变的边沿触发来检测。
  2. 先低后高的数据位，通常为8bit，不同的UART控制器支持的bit数不同，一般可以通过寄存器配置使用几位数据位。
  3. 校验位（可有可无），它有4种校验模式
    • 奇校验(ODD)：每个字节传送整个过程中bit为1的个数是奇数个（使用校验位调调控）
    • 偶校验(EVEN)：每个字节传送整个过程中bit为1的个数是偶数个（使用校验位调调控）
    • 固定校验位(STICK)： 固定在校验位置位逻辑高(MARK)或者逻辑低(SPACE)。
    • 无校验位（NONE）：不发送校验位，直接停止。
  4. 停止位，保持高电平，持续1位或1.5位或2位均可。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备之间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟的机会。停止位个数越多，数据传输越稳定，但是数据传输速度也越慢。

串口流控（CTS/RTS）

串口流控介绍

在两个设备正常通信时，由于处理速度不同，就存在这样一个问题，有的快，有的慢，在某些情况下，就可能导致丢失数据的情况。举个例子，假如用于接收的UART buffer已经满了，单片机还没来得及处理buffer内的数据，此时再继续发来新的数据，数据就会丢失。因此，使用串口流控来避免这种情况。

如何使用

RTS （Require ToSend，发送请求）为输出信号，用于指示本设备是否准备好接收数据，低电平有效，低电平说明本设备准备好接收数据。

CTS （Clear ToSend，发送允许）为输入信号，用于判断是否可以向对方发送数据，低电平有效，低电平说明可以向对方发送数据。

在两设备通信时，RTS和CTS的连接如下：

1
2
3
4
/*
设备1RTS -------- 设备2CTS
设备1CTS -------- 设备2RTS
*/

SPI

简介

SPI ：Serial Peripheral Interface (串行外设接口) 一种同步全双工串行通信协议。它的通信速度比I2C和UART都要快。SPI通信内只有一个主机，可支持多个从机。连接图如下

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SS或CS选择信号线：

通过给SS信号线来选择和哪一个从机通信。通常，高电平无效，低电平有效，但是有例外，要参考从机的芯片手册。

SCK时钟信号线：

由主设备产生的同步时钟。通常，MOSI和MISO上的数据信号可以在上升或下降时钟沿被采集，详情需要参考特定的芯片手册。一般来说，会有一个CKP或CKOL（时钟极性）参数，来决定时钟闲时电平高低。还有一个CKE或CPHL（时钟相位）参数来决定是第一次跳变时采集数据还是第二次。这二者共同决定数据在时钟上沿还是下沿被采集。

MOSI：

Master Output，Slave Input，用于主机向从机发送信号

MISO

Master Input，Slave Output，用于从机向主机发送信号

时钟极性和相位的规定

时钟极性CPOL决定时钟在空闲时的电平高低。规定如下

  • CPOL= 0：空闲时SCLK为低电平
  • CPOL= 1：空闲时SCLK为高电平

CPHA表示采样时刻，也就是时钟相位。用于指明在第几次跳变时开始第一次采样。

  • CPHA= 0：第一个时钟沿

  • CPHA= 1：第二个时钟沿

帧格式

SPI通信在发送数据时不包含IIC中的地址码、应答信号或是UART中的起始位、停止位、校验位。它的数据是简单的纯数据位，没有应答，没有起始，没有结束。SPI的数据位先发高位(MSB)，再发低位(LSB)。高电平表示1，低电平表示0。在一个字节传输完成后，SPI可以紧跟着直接发送下一个字节，没有应答操作。

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