i2c,spi,usb,uart常见接口的原理简析

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1、常见接口电路介绍一、I2C总线简介1.什么是I2C？NXP半导体（原Philips半导体）于20多年前发明了一种简单的双向二线制串行通信总线，这个总线被称为Inter-IC或者I2C总线。目前I2C总线已经成为业界嵌入式应用的标准解决方案，被广泛地应用在各式各样基于微控器的专业、消费与电信产品中，作为控制、诊断与电源管理总线。多个符合I2C总线标准的器件都可以通过同一条I2C总线进行通信，而不需要额外的地址译码器。由于I2C是一种两线式串行总线，因此简单的操作特性成为它快速崛起成为业界标准的关键因素2.I2C总线的基本概念1）发送器（Transmitter）：发送数据到总线的器件2）接收器

2、（Receiver）：从总线接收数据的器件3）主机（Master）：初始化发送、产生时钟信号和终止发送的器件4）从机（Slave）：被主机寻址的器件其线路结构图如下：如上图示，I2C总线具有如下特点：1）I2C总线是双向传输的总线，因此主机和从机都可能成为发送器和接收器。不论主机是发送器还是接收器，时钟信号SCL都要由主机来产生2）只需要由两根信号线组成，一根是串行数据线SDA，另一根是串行时钟线SCL3）SDA和SCL信号线都必须要加上拉电阻Rp（Pull-UpResistor）。上拉电阻一般取值3～10KΩ4）SDA和SCL管脚都是漏极开路（或集电极开路）输出结构3.I2C总线的信号传

3、输1）3种速率可选择标准模式100kbps、快速模式400kbps、最高速率3.4Mbps2）具有特定的传输起始、停止条件a）起始条件：当SCL处于高电平期间时，SDA从高电平向低电平跳变时产生起始条件。起始条件常常简记为Sb）停止条件：当SCL处于高电平期间时，SDA从低电平向高电平跳变时产生停止条件。停止条件简记为P3）数据传输从确定从机地址开始a）多个从机可连接到同一条I2C总线上，它们之间通过各自唯一的器件地址来区分b）一般从机地址由7位地址位和一位读写标志R/W组成，7位地址占据高7位，读写位在最后。读写位是0，表示主机将要向从机写入数据；读写位是1，则表示主机将要从从机读取数据

4、4）以字节为单位的数据传输方式a）I2C总线以字节（Byte）为单位收发数据，主机总是先发地址再发数据b）在I2C总线传输数据过程中，每传输一个字节，都要跟一个应答状态位。遵循“谁接收谁产生”的原则，即总是由接收器产生应答位，应答位为0表示接收器应答（ACK）；为1则表示非应答（NACK）c）如果接收器在接收完最后一个字节的数据，或者不能再接收更多的数据时，应当产生非应答来通知发送器4.I2C总线数据传输时序图示1）传输格式图示（灰色为主机的工作时隙，白色为从机的工作时隙）S：起始位（START）SA：从机地址（SlaveAddress），7位从机地址W：写标志位（Write），1位写标志

5、R：读标志位（Read），1位读标志A：应答位（Acknowledge），1位应答A：非应答位（NotAcknowledge），1位非应答D：数据（Data），每个数据都必须是8位P：停止位（STOP）2）传输时序示例5.I2C总线在手机上的常见应用所应用范围包括：摄像头、调频收音机芯片、音频编解码芯片、模拟电视、光电鼠标等二、SPI总线简介1.什么是SPI？串行外围设备接口SPI（serialperipheralinterface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口，Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI用于C

6、PU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯2.SPI总线应用线路图示如上图示，SPI总线具有如下特点：1）包含主机（MASTER）以及从机（SLAVE）2）由4条必要信号线组成：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效从机选择线（SS）3）如果需要增加外部从机，则相应需要增加对应此器件的低电平有效从机选择线（SS）3.SPI总线波特率和时钟模式1）SPI模块支持125种不同的波特率，最大波特率为系统时钟频率的四分之一2）SPI有四种时钟模式，由CLOCKPOLARITY和CLOCKPHASE位控制。CLOCKPOLARI

7、TY位选择时钟的有效沿是上升沿还是下降沿，CLOCKPHASE位选择是否有半个时钟周期的延时a）上升沿，无延时：SPI在时钟上升沿发送数据，在时钟的下降沿接收数据b）上升沿，有延时：SPI在时钟上升沿前半个周期发送数据，在时钟的上升沿接收数据c）下降沿，无延时：SPI在时钟下降沿发送数据，在时钟的上升沿接收数据d）下降沿，有延时：SPI在时钟下降沿前半个周期发送数据，在时钟的下降沿接收数据4种时钟模式如图所示4.SPI总