单片机程序设计中的通信接口大全：串口、I2C、SPI详解

# 1. 单片机通信接口概述**

单片机通信接口是指单片机与外部设备进行数据交换的硬件和软件接口。它主要用于实现单片机与外部设备之间的信息传递，从而扩展单片机的功能和应用范围。

常见的单片机通信接口包括串口、I2C和SPI。这些接口各有其特点和应用场景，本文将对它们进行详细介绍。

# 2. 串口通信接口**

**2.1 串口通信原理**

**2.1.1 串口通信的物理层**

串口通信是一种异步串行通信方式，它通过一根数据线和一根地线进行数据传输。数据线上的电平变化表示二进制数据，并且数据以位为单位逐个发送。

串口通信的物理层主要包括以下几个部分：

- **波特率：**表示数据传输速率，单位为比特/秒 (bps)。
- **数据位：**表示每个字符传输的数据位数，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **停止位：**表示数据传输结束后发送的停止位数，通常为 1 或 2 位。
- **校验位：**表示用于检测数据传输错误的校验位，通常为无校验、奇校验或偶校验。

**2.1.2 串口通信的协议层**

串口通信的协议层主要包括以下几个部分：

- **起始位：**表示数据传输的开始，是一个低电平信号。
- **数据位：**表示要传输的数据，由低位到高位逐个发送。
- **停止位：**表示数据传输的结束，是一个高电平信号。
- **校验位：**表示用于检测数据传输错误的校验位，通常为无校验、奇校验或偶校验。

**2.2 串口通信编程**

**2.2.1 串口初始化**

// 初始化串口1，波特率为 9600，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无校验
void uart1_init(void)
{
    // 配置波特率
    U1BRG = (F_CPU / 16 / 9600) - 1;

    // 配置数据位、停止位和校验位
    U1MODE = (1 << UARTEN) | (1 << 8) | (1 << 9);

    // 使能串口
    U1STA = (1 << UTXEN) | (1 << URXEN);
}

**2.2.2 数据收发**

// 发送一个字节数据
void uart1_send_byte(uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区为空
    while (U1STAbits.UTXBF);

    // 将数据写入发送缓冲区
    U1TXREG = data;
}

// 接收一个字节数据
uint8_t uart1_receive_byte(void)
{
    // 等待接收缓冲区有数据
    while (U1STAbits.URXDA == 0);

    // 从接收缓冲区读取数据
    return U1RXREG;
}

**2.2.3 中断处理**

// 串口1接收中断服务程序
void __interrupt() _U1RXInterrupt(void)
{
    // 清除接收中断标志位
    IFS0bits.U1RXIF = 0;

    // 读取接收缓冲区的数据
    uint8_t data = U1RXREG;

    // 处理接收到的数据
    ...
}

// 串口1发送中断服务程序
void __interrupt() _U1TXInterrupt(void)
{
    //