STM32单片机通信接口详解：串口、I2C、SPI等接口的深入解析

# 1. STM32单片机通信接口概述

STM32单片机广泛应用于嵌入式系统中，其丰富的通信接口为设备互联和数据传输提供了便利。常见的通信接口包括串口、I2C、SPI等。这些接口具有不同的特点和应用场景，了解它们的原理和使用方法对于系统设计至关重要。

本章将对STM32单片机的通信接口进行概述，介绍其分类、特点和应用。后续章节将深入探讨各个通信接口的原理、硬件结构和编程实践，为开发者提供全面的参考和指导。

# 2. 串口通信接口

串口通信接口是一种广泛应用于嵌入式系统中的异步串行通信接口，它通过单根信号线实现数据的单向传输。串口通信在各种设备之间建立连接，如微控制器、传感器和计算机。

### 2.1 串口通信原理和协议

**串口通信原理**

串口通信采用异步传输模式，其中数据以位为单位逐个传输，每个位由一个起始位、数据位、奇偶校验位和一个停止位组成。起始位表示数据的开始，数据位携带实际数据，奇偶校验位用于检测传输过程中的错误，停止位表示数据的结束。

**串口通信协议**

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数。波特率表示每秒传输的位数，数据位数表示每个数据字符的位数，奇偶校验用于检测传输错误，停止位数表示停止位的数量。

### 2.2 STM32单片机串口硬件结构

STM32单片机集成了多个串口控制器，称为USART（通用异步收发器传输器）。每个USART控制器包含一个发送器和一个接收器，用于处理串口通信。

USART控制器具有以下硬件特性：

- 可配置的波特率
- 可选的数据位数（5、6、7 或 8 位）
- 可选的奇偶校验（无、奇校验或偶校验）
- 可选的停止位数（1 或 2 位）
- 数据缓冲区，用于存储待发送或已接收的数据

### 2.3 串口通信编程实践

**2.3.1 串口初始化和配置**

// 初始化 USART1，波特率为 9600，数据位为 8 位，无奇偶校验，停止位为 1 位
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 使能 USART1 时钟
USART1->BRR = 0x341; // 设置波特率为 9600
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE; // 使能发送器和接收器
USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP; // 设置停止位为 1 位

**2.3.2 数据收发操作**

**数据发送**

// 发送一个字符 'A'
USART1->DR = 'A';
while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE)); // 等待发送完成

**数据接收**

// 接收一个字符
while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)); // 等待接收完成
char received_char = USART1->DR;

# 3.1 I2C通信原理和协议

### I2C通信概述

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接多个设备。它是一个双向、半双工通信协议，使用两条线：一条数据线（SDA）和一条时钟线（SCL）。

### I2C数据格式

I2C数据以8位字节为单位传输。每个字节由一个起始位、8个数据位和一个停止位组成。起始位为低电平，停止位为高电平。

### I2C通信流程

I2C通信流程如下：

1. **起始条件：**主机发送一个起始条件，将SDA线从高电平拉低。
2. **设备地址：**主机发送设备地址，指定要通信的设备。
3. **读/写位：**主机发送一个读/写位，表示是要读取数据还是写入数据。
4. **数据传输：**主机和设备之间传输数据。
5. **停止条件：*