单片机C语言程序设计通信接口详解：串口、I2C、SPI全攻略

# 1. 单片机C语言程序设计通信接口概述**

单片机通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的桥梁。它允许单片机与传感器、显示器、存储器等外围设备进行交互，从而扩展单片机的功能。

单片机C语言程序设计中常用的通信接口包括串口、I2C和SPI。串口是一种简单易用的串行通信接口，适用于短距离通信。I2C是一种总线型通信接口，支持多主从设备同时通信。SPI是一种高速并行通信接口，适用于高数据速率传输。

选择合适的通信接口取决于具体应用的需求，如通信距离、数据速率和设备数量。本章将对单片机通信接口的原理、硬件配置、协议和编程实践进行概述，为后续章节深入探讨各通信接口的细节奠定基础。

# 2. 串口通信接口

### 2.1 串口通信原理和硬件配置

串口通信接口，也称为通用异步收发传输器（UART），是一种用于在两个设备之间异步传输数据的通信接口。异步传输意味着数据以可变速率发送，并且没有时钟信号来同步发送和接收设备。

串口通信接口的硬件配置通常包括以下组件：

- **UART控制器：**负责管理串口通信，包括数据传输、接收和控制信号的生成。
- **发送器和接收器：**将并行数据转换为串行数据，并从串行数据中恢复并行数据。
- **波特率发生器：**生成用于传输和接收数据的时钟信号。
- **数据缓冲区：**存储待发送或已接收的数据。
- **控制信号：**用于控制数据流，例如请求发送（RTS）、清除发送（CTS）、请求接收（RR）和清除接收（CR）。

### 2.2 串口通信协议和数据格式

串口通信协议定义了数据传输和接收的规则，包括：

- **数据位：**每个字符中传输的数据位数，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **停止位：**字符末尾的停止位数，通常为 1 或 2 位。
- **校验位：**用于检测传输错误的附加位，可以是奇校验或偶校验。
- **波特率：**数据传输速率，以每秒比特数（bps）表示。

数据格式通常为 ASCII 或 EBCDIC 字符集，每个字符由 8 位二进制数据表示。

### 2.3 串口通信编程实践

在单片机中，串口通信编程通常涉及以下步骤：

1. **初始化 UART：**设置波特率、数据位、停止位和校验位。
2. **发送数据：**将数据写入发送缓冲区并触发发送中断。
3. **接收数据：**从接收缓冲区读取数据并触发接收中断。
4. **中断处理：**在中断服务程序中处理发送或接收的数据。

以下代码示例展示了在单片机中使用串口通信发送和接收数据的过程：

// 初始化 UART
UART_Init(9600, UART_8_BIT, UART_1_STOP_BIT, UART_NO_PARITY);

// 发送数据
UART_SendString("Hello, world!");

// 接收数据
char buffer[100];
UART_ReceiveString(buffer, 100);

在代码中，UART_Init() 函数用于初始化 UART，UART_SendString() 函数用于发送字符串，UART_ReceiveString() 函数用于接收字符串。

# 3. I2C通信接口

### 3.1 I2C通信原理和硬件配置

**原理**

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线，用于在集成电路（IC）之间进行双向数据传输。它采用主从式通信模式，由一个主设备和多个从设备组成。主设备负责发起通信并控制总线，而从设备负责响应主设备的请求并传输数据。

**硬件配置**

I2C总线由两条信号线组成：时钟线（SCL）和数据线（SDA）。主设备和从设备都连接到这两条总线上。

* **时钟线（SCL）：**主设备控制时钟线，以确定数据传输的速率。
* **数据线（SDA）：**数据线用于传输数据，主设备和从设备都可以向总线上发送和接收数据。

### 3.2 I2C通信协议和数据格式

**通信协议**

I2C