I2C,SPI,UART和CAN等常见通信协议的区别
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2020-08-03
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I2C,SPI,UART和和CAN等常见通信协议的区别等常见通信协议的区别
SPI--Serial Peripheral Interface，(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)串行外围设备接口，是Motorola
公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，
使CPU有更多的时间处理其他事务。
I2C--INTER-IC(INTER IC BUS：意为IC之间总线)串行总线的缩写，是PHILIPS公司推出的芯片间串行传输总线。它以1根串
行数据线（SDA）和1根串行时钟线（SCL）实现了双工的同步数据传输。具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，
通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。
能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工
作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工
作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。
最主要的优点是其简单性和有效性。它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总
线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器):单端，远距离传输。大多数计算机包含两个基于
RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也
可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并
行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如
IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，
长度可达1200米。
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区别在电气信号线上：
SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现 多个SPI设备互
相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实
现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。
如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实
现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。
I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行
近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。
如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了
解得比较少，这里的描述可能很不完备）
UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率
的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。
从以上很明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；
第四，看看牛人们的意见吧！
A：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电
阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要
固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。
B：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。
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SPI 是一种允许一个主设备启动一个与从设备的同步通讯的协议，从而完成数据的交换。也就是SPI是一种规定好的通讯方
式。这种通信方式的优点是占用端口较少，一般4根就够基本通讯了。同时传输速度也很高。一般来说要求主设备要有SPI控
制器（但可用模拟方式），就可以与基于SPI的芯片通讯了。
SPI 的通信原理很简单，它需要至少4根线，事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输
入），SDO（数据输出），SCK（时 钟），CS（片选）。其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先
规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许 在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的
传输的。这就是SCK时钟线存在的原 因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO
线，数据在时钟上沿或下沿时改变，在紧接着的下沿或上沿被读取。 完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至
少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。
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