单片机控制系统通信技术指南：串口、I2C、SPI等通信方式详解

# 1. 单片机通信技术概述

单片机通信技术是单片机系统与外部设备或其他单片机系统进行信息交换和控制的手段。它在嵌入式系统设计中扮演着至关重要的角色，使单片机能够与外界进行交互，实现各种功能和应用。

单片机通信技术种类繁多，每种技术都有其独特的特点和适用场景。常见的单片机通信技术包括串口通信、I2C通信、SPI通信、CAN总线通信和无线通信技术等。这些技术各有优劣，需要根据具体应用场景选择合适的通信技术。

# 2. 串口通信

### 2.1 串口通信原理和协议

#### 2.1.1 串口通信的物理层和数据帧格式

串口通信是一种异步串行通信方式，数据以位为单位，逐个发送和接收。其物理层通常采用 RS-232、RS-485 或 RS-422 标准。

数据帧格式通常包含起始位、数据位、校验位和停止位。起始位为逻辑 0，数据位为要传输的数据，校验位用于错误检测，停止位为逻辑 1。

#### 2.1.2 串口通信的传输模式和速率

串口通信的传输模式有两种：半双工和全双工。半双工模式下，设备只能交替发送或接收数据，而全双工模式下，设备可以同时发送和接收数据。

串口通信速率以波特率表示，单位为 bps（比特每秒）。常见的波特率有 9600、19200、38400、57600、115200 等。

### 2.2 单片机串口通信编程

#### 2.2.1 串口初始化和配置

单片机串口通信需要初始化和配置相关寄存器，包括波特率、数据位、校验位和停止位等。

// STM32F103C8T6 单片机串口初始化
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx)
{
    // 配置波特率
    USARTx->BRR = (SystemCoreClock / 115200) / 16;

    // 配置数据位、校验位和停止位
    USARTx->CR1 = (USART_CR1_TE | USART_CR1_RE | USART_CR1_RXNEIE);
}

#### 2.2.2 串口数据收发操作

串口数据收发操作可以通过发送和接收寄存器进行。

// 发送一个字节数据
void USART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t data)
{
    while (!(USARTx->SR & USART_SR_TXE));
    USARTx->DR = data;
}

// 接收一个字节数据
uint8_t USART_ReceiveByte(USART_TypeDef* USARTx)
{
    while (!(USARTx->SR & USART_SR_RXNE));
    return USARTx->DR;
}

#### 2.2.3 串口中断处理

串口中断可以用于提高数据收发的效率。

// 串口中断服务函数
void USARTx_IRQHandler(void)
{
    if (USARTx->SR & USART_SR_RXNE) {
        // 接收数据处理
    }
    if (USARTx->SR & USART_SR_TXE) {
        // 发送数据处理
    }
}

# 3. I2C通信

### 3.1 I2C通信原理和协议

#### 3.1.1 I2C通信的总线结构和数据传输

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接多个设备，通常用于短距离通信。它使用两根线，一根数据线（SDA）和一根时钟线（SCL），连接所有设备。

I2C总线采用主从模式，由一个主设备控制总线，多个从设备连接到总线上。主设备负责发起通信，并控制数据传输。从设备只响应主设备的请求，并提供或接收数据。

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