常用通信总线UART、I2C、SPI以及串行并行，半双工全双工区别

本篇文章通过浅显形象的讲解让大家理解常见的通信总线UART、I2C、SPI，以及串行并行的区别，全双工和半双工是什么意思。

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串行通信和并行通信

串行和并行是按照每次传输的数据的方式进行区分。顾名思义，串行就是数据按位依次传输，并行就是多位数据同时并行线传输。

例如，发送端需要发送“010”三位数据：

串行通信只有一个通道，串行通信需要“0”、“1”、“0”依次传输。

而并行通信有多个通道同时发送数据，如果传输3位的数据“010”，发送端一次同时发送“010”即可完成传输。

这个是在串行通信中进行区分的，毕竟并行通信一次发送多组数据，不存在同步异步的问题。

同步串行通信需要时钟线同步，发送端和接收端除了数据线，还需要时钟线进行同步，例如I2C总线。

因为有时钟线，发送端和接收端在同一个时钟节拍下进行工作。同步通信发送数据后，等待接收端发回响应后再发下一个数据。

异步串行通信没有时钟线，只是在发送数据中包含起始和结束标志位start/end 相关信息，接收端根据标志位使用本地时钟进行采样，例如UART总线。

异步通信不需要等待接收端的响应就可以发送下一个数据。异步通信没有统一的时钟节拍，按照各自的内部的时钟节拍进行通信。

这三者的区别在于传输方向的不同。

单工通信：数据只能从发送端到接收端，只能单向传输。可以理解为一个单行道，只允许车辆单向行驶。例如广播、遥控器。

半双工通信：可以双向传输，但是发送和接收不能同时进行，同一时间下只能发送或者只能接收。也就是说，允许车辆双向行驶，但是不允许车辆同时双向行驶。例如I2C总线。

全双工通信：支持双向传输，同时可以发送和接收数据。也就是允许车辆同时双向行驶，数据可以在发送机和接收机之间同时传输。例如UART总线、电话（说话的同时也可以接收对方的说话）。

UART总线：全称是通用串行异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)，它是串行异步通信总线，可以实现全双工的数据传输。

UART总线是由两个数据线和一个GND地线构成。当电平由空闲状态（高电平）转为低电平时，就是数据传输的起始位，然后开始传输数据，传输完8位数据后，由低电平变为高电平，表示结束。

I2C总线：是一种串行、半双工同步通信总线。

SPI总线：串行外围设备接口(Serial Peripheral Interface)，是一种全双工同步通信总线。

它是一主多从的模式，一个主机(master)和一个或多个从机(slave)通信。SPI通信需要4根线，分别是：

SCLK：时钟信号线。由主机来产生。

MOSI：Master Output, Slave Input。主设备从这个线上输出数据，从设备接收数据。也就是主机发送指令给从机。

MISO：Master Input, Slave Output。主设备接收从设备发出的数据，也可以理解为主机读取从机状态。

CS：从机片选信号线。通过片选信号确定与哪个从机进行通信。

这三种总线区别特点可以通过这个表看出来。

对于各种通信方式中，有一个概念来表示数据的速率，就是波特率，它衡量串口通信速度。

波特率(Baud Rate)，单位bps，它表示每秒钟发送的比特数。

如果一个串口的波特率为9600，就表示该串口在一秒钟内可以发送9600个比特的数据。每个数据的传输间隔就是104us。

1s / 9600 = 104us

通过对常见的通信总线类型和区别，还有一些关键概念的介绍，大家是否对通信有了基本的认识？通过生动学习了一个小知识，还是收获满满。