单片机程序设计中的通信接口：串口、I2C、SPI，一网打尽

# 1. 单片机通信接口概述**

单片机通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的通道，是单片机系统中不可或缺的一部分。单片机通信接口主要包括串口、I2C和SPI三种类型，每种接口都有其独特的特点和应用场景。

串口通信接口是一种异步串行通信接口，具有结构简单、易于实现的特点，常用于单片机与PC机、打印机等设备的通信。I2C通信接口是一种同步串行通信接口，具有总线式结构、多主从模式的特点，常用于单片机与传感器、EEPROM等设备的通信。SPI通信接口是一种同步串行通信接口，具有高速、全双工的特点，常用于单片机与显示器、SD卡等设备的通信。

# 2.1 串口通信原理

### 2.1.1 串口通信基本概念

串口通信，又称串行通信，是一种数据传输方式，它将数据按位顺序传输，一次传输一位数据。串口通信通常使用两条信号线：一条用于发送数据（TX），另一条用于接收数据（RX）。

### 2.1.2 串口通信数据格式

串口通信数据格式由以下参数定义：

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

### 2.1.3 串口通信时序

串口通信时序由以下步骤组成：

1. **起始位：**发送一个低电平信号，表示数据传输开始。
2. **数据位：**按顺序传输数据位。
3. **停止位：**发送一个高电平信号，表示数据传输结束。

### 2.1.4 串口通信协议

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括数据格式、时序和错误控制。常用的串口通信协议有：

- **RS-232：**一种标准的串口通信协议，使用 9 针或 25 针连接器。
- **RS-485：**一种半双工的串口通信协议，允许多台设备连接到同一条总线上。
- **UART：**一种通用异步收发器，用于实现串口通信。

### 2.1.5 串口通信编程

串口通信编程涉及使用微控制器或其他设备的串口外设。编程过程通常包括：

1. **初始化串口外设：**设置波特率、数据格式和协议。
2. **发送数据：**将数据写入串口发送缓冲区。
3. **接收数据：**从串口接收缓冲区读取数据。

代码示例：

// 初始化串口
UART_Init(9600, UART_DATA_8, UART_STOP_1, UART_PARITY_NONE);

// 发送数据
UART_SendData('A');

// 接收数据
uint8_t data = UART_ReceiveData();

# 3.1 I2C通信原理

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线，用于在集成电路（IC）之间进行数据传输。它是一种半双工通信协议，这意味着数据只能在一个方向上传输，并且一次只能有一个设备作为主设备。

I2C总线由两条线组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。主设备控制SCL线，而从设备控制SDA线。

I2C通信过程如下：

1. 主设备启动通信，通过将SCL线拉低并保持SDA线为高电平。
2. 主设备发送从设备地址，包括设备的7位地址和一个读/写位。
3. 从设备确认接收地址，通过将SDA线拉低。
4. 主设备发送数据（写操作）或接收数据（读操作）。
5. 从设备确认接收或发送数据，通过将SDA线拉低。
6. 主设备停止通信，通过将SCL线拉高并保持SDA线为高电平。

### 3.2 I2C通信协议

I2C通信协议定义了数据传输的格式和过程。数据以8位字节的形式传输，每个字节包含一个起始位、8个数据位和一个停止位。

起始位为低电平，表示数据传输的开始。停止位为高电平，表示数据传输的结束。数据位为低电平表示0，高电平表示1。

I2C通信协议还定义了以下控制信号：

* **地址位：**用于指定从设备的地址。
* **读/写位：**指示操作是读操