蓝牙串口通讯总线——I2C/SPI/UART

嵌入式工程师在做串口通信调试工作的时候，会经常用到I2C、SPI、UART这3条总线，I2C、SPI、UART这三种通信总线在嵌入式领域很常见，目前主流的SOC芯片都内置了这三种总线的控制器，各种Sensor、Touch、蓝牙模块、WIFI模块等也都兼容这三种通信协议的1种以上。那么这三条通信总线有什么区别呢？工业物联网无线通信专业厂商为您一一细说——

I2C：半双工、同步、串行传输，物理上只有两根线（SDA/SCL）；传输数据必须8位8位的传输。

I2C串口通信传输步骤

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。

4.主机发送或接收数据帧；

5.传输完每个数据帧后，接收设备将另一个ACK位返回给发送方，以确认已成功接收到该帧；

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。

SPI：全双工、同步、串行传输，收发独立，传输速率高，但是没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。物理上4根线（CLK/SDI/SDO/CS），因为是全双工，并且不需要寻址，所以速度要比I2C快，但是占用的物理线的数量要比I2C多；通信时可以一位一位的传输数据。

SPI串口通信传输步骤：

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.如果需要相应，则从机通过MISO将数据返回给从机。

UART：全双工、异步、串行传输，收发独立，UART总线并没有时钟线，所以需要提前约定对应的波特率，传输速度较慢，物理上4根线（VCC/TX/RX/GND），虽然速度慢，但是可用于不同主机间的通信，通常用于debug调试非常方便；传输时数据位可以5、6、7、8位。

UART串口通信传输步骤：

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。

单工、半双工、全双工

单工：数据只能在一个方向上传输。

半双工：数据可以在两个方向上进行传输，但是同一时刻，只允许数据在一个方向上传输，相当于单工通信的分时复用。

全双工：数据可以同时在两个方向上传输，相当于两个单工通信的结合。

同步通信和异步通信

同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。

同步通信要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号（一般共用一个时钟），同步通信效率高。

异步通信的收发双方没有同步时钟，比如UART，收发双方仅仅是约定，你按照什么样的速率发，而我也按照这样的速率去接收，这样如果速度越快，那么信号宽度越窄，误差就越大，所以异步通信效率较低。

综上所述，工业物联网无线通信专业厂商要说的是I2C、SPI、UART这三条总线在通信速度上，SPI最快，UART最慢；通信距离上，I2C和SPI通常用于片上通信，而UART通常用于设备间通信，比如PC机和我们要调试的产品设备。

审核编辑 黄宇