通信协议概述串口I2CSPI和UART等通信方式详解
在嵌入式系统中，数据的传输是至关重要的。不同类型的设备需要通过不同的通信协议来实现数据交换。本文将深入探讨四种常见的通信协议：串行通讯（Serial Communication）、Inter-Integrated Circuit（I2C）、Serial Peripheral Interface（SPI）和Universal Asynchronous Receiver-Transmitter（UART）。这些基础知识对于任何想要从零开始学习嵌入式系统的人来说都是必备的。
1.0 引言
嵌入式系统是一个指令集严格限定于执行特定功能的小型计算机，它通常被集成到其他设备中，比如汽车控制单元、家用电器或智能手机等。在这些应用中，嵌入式系统与外部世界进行交流时，必须使用标准化的通信协议。这些协议定义了如何发送和接收信息，以及如何管理信号质量，以确保可靠性和效率。
2.0 串行通讯
串行通讯是一种最基本且广泛使用的数据传输方法，它涉及到一个比特位接着另一个比特位地顺序地发送，每个比特位都占据一条单独的地理路径。这使得每次只有一位可以被传输，而不是像并行模式那样一次能够同时传输多个比特。
2.1 UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)
UART 是一种流行的低速率串口接口，它支持异步通信，即没有同步信号来帮助接收端确定每个字节边界。它包括一个发送器、一个接收器以及一些控制线路，如请求ToSend (RTS) 和DataTerminalReady (DTR)，用于在两端之间协调操作。UART 通常用于小型微控制器上，并且在许多微控制器开发板上都有预装好。
2.2 RS232
RS232 是一种对 UART 的扩展，它提供了一些额外功能，如更高速度限制、高级错误检测以及双向半双工操作能力。这使得 RS232 成为了早期计算机与打印机等设备之间交流的一种标准方式，但由于其需要较长距离上的驱动电压，这也导致了其功耗较大。此外，由于它使用的是三脚连接，所以并不适合那些空间有限的情况下如微型电子产品中的应用场景。
3.0 并列总线
并列总线允许多个设备同时访问同一条数据路径，因此它们相对于串行总线来说能以更高的速度工作，而且它们通常不需要复杂的心跳监测逻辑。但是，因为所有设备都会争夺同一条路径，所以并列总线可能会更加复杂，也可能更加昂贵，因为它们要求更多硬件资源以保持同步性。
3.1 I²C (Inter-Integrated Circuit)
I²C 是一种非常流行且广泛应用于各种电子产品中的二进制同步高速短距离多主/从节点网络总线标准。在这个规范中，每个节点都有自己的地址，可以通过少量引脚直接连接大量数码IC，这极大地减少了物理布局空间，并简化了设计过程。然而，由于 I²C 总是在相同频道上工作，因此如果出现冲突，将很难解决问题。此外，对噪声敏感度高，使其不太适合长距离或电磁干扰环境下的应用情况。
3.2 SPI (Serial Peripheral Interface)
SPI 使用四根导线进行全双工通信，其中两根用于信号，一根为Master Output Slave Input(MOSI)，另一根为Master Input Slave Output(MISO)；另外两根分别作为Clock(SCLK)和Slave Select(SS)。这使得 SPI 在处理速度快而不会产生混淆的问题时非常有效，同时因为 SS 线可以独立选择 slave 节点所以灵活性很强。不过，在只有两个输出或输入时，SPI 可能会成为瓶颈，因为它不能利用两个方向上的共享资源，从而降低效率。
结论
本文旨在向读者介绍四种主要类型的人类语言——即我们所说的“人类语言”——之外最常用的数字表示形式：ASCII字符集及其子集。本文还展示了 ASCII 码如何被编码成二进制格式，以及这种编码背后的逻辑。这对于理解任何基于数字表示形式的人类语言都是必要条件。如果你正在寻找更深层次了解 ASCII 编码背后逻辑的话，请继续阅读我们的系列文章，我们将揭示 ASCII 编码背后的历史故事，以及为什么这种编码仍然如此受欢迎甚至至今依然无处不在！
