金譽(yù)半導(dǎo)體筆記：什么是MCU單片機(jī)的SPI、UART、I2C通訊接口

正如我們之前所了解的 ，MCU單片機(jī)是一個集成芯片 ，但這個集成芯片有一些特殊的功能 ，可以控制外部設(shè)備 ，處理外部設(shè)備收到的數(shù)據(jù)，就像人腦一樣 ，可以控制手腳的運(yùn)動 ，可以處理感官收到的信息，這就是獨(dú)特的 MCU單片機(jī) 。

單片機(jī)的常用功能包括：定時器（TImer）、I/O口、外部中斷、通訊接口、A/D轉(zhuǎn)換、PWM等。之前金譽(yù)半導(dǎo)體已經(jīng)帶大家重點(diǎn)了解過定時器（TImer）和I/O口這兩個功能，那接下來我們了解一下通訊接口的功能是怎樣的。

MCU單片機(jī)所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，它們的功能如下：
SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）、SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（串行時鐘）及Ready信號；有些情況下則可能沒有Ready信號；此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver。
UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸，這個特點(diǎn)使得UART只要2 根傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。那就是Rx和Tx兩條，一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit（7-bits/8-bits） + Parity Bit（Even，Odd or None） + Stop Bit（1~2Bit）。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate（波特率）。
對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)位的長度、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式（奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)）、停止位（Stop Bit）的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號來實(shí)現(xiàn)：SDAT（串行數(shù)據(jù)輸入輸出）和SCLK（串行時鐘），SCL線——負(fù)責(zé)產(chǎn)生同步時鐘脈沖。SDA線——負(fù)責(zé)在設(shè)備間傳輸串行數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，連接到I2C總線上的設(shè)備既可以用作主設(shè)備，也可以用作從設(shè)備，支持多個主設(shè)備的同時存在。I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實(shí)現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴(yán)格的速率要求。

任何一款 MCU，其基本原理和功能都是大同小異，不同的只是其外圍功能模塊的配置及數(shù)量、指令系統(tǒng)等。對于指令系統(tǒng)，雖然形式上看似千差萬別，但實(shí)際上只是符號的不同，其所代表的含義、所要完成的功能和尋址方式基本上是類似的，所以在編程時只要根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來編寫相關(guān)的指令即可。