這是一份詳細講述SPI、I2C、UART、I2S、GPIO、SDIO、CAN等不同接口定義，原理的文檔，工作中經(jīng)常用到，特別整理了然后上傳給大家分享，大神們可以跳過。
希望資料對大家有用。
總線，總線，總要陷進里面。這世界上的信號都一樣，但是總線卻成千上萬，讓人頭疼。
總的來說，總線有三種：內部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內部總線是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連；而系統(tǒng)總線是微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連；外部總線則是微機和外部設備之間的總線，微機作為一種設備，通過該總線和其他設備進行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設備一級的互連。
除了總線外，還有一些接口，它們是多種總線的集合體，或者說來者不拒。
SPI (Serial Peripheral Interface)：MOTOROLA公司提出的同步串行總線方式。高速同步串行口。3～4線接口，收發(fā)獨立、可同步進行。
因其硬件功能強大而被廣泛應用。在單片機組成的智能儀器和測控系統(tǒng)中。如果對速度要求不高，采用SPI總線模式是個不錯的選擇。它可以節(jié)省I/O端口,提高外設的數(shù)目和系統(tǒng)的性能。標準SPI總線由四根線組成：串行時鐘線(SCK)、主機輸入/從機輸出線(MISO)。主機輸出/從機輸入線(MOSI)和片選信號(CS)。有的SPI接口芯片帶有中斷信號線或沒有MOSI。
SPI總線由三條信號線組成：串行時鐘(SCLK)、串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)、串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)。SPI總線可以實現(xiàn)多個SPI設備互相連接。提供SPI串行時鐘的SPI設備為SPI主機或主設備(Master)，其他設備為SPI從機或從設備(Slave)。主從設備間可以實現(xiàn)全雙工通信，當有多個從設備時，還可以增加一條從設備選擇線。如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個輸出口(SDO)，一個輸入口(SDI)，另一個口則視實現(xiàn)的設備類型而定，如果要實現(xiàn)主從設備，則需輸入輸出口，若只實現(xiàn)主設備，則需輸出口即可，若只實現(xiàn)從設備，則只需輸入口即可。
I2C (Inter－Integrated Circuit)：由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。
I2C總線用兩條線(SDA和SCL)在總線和裝置之間傳遞信息，在微控制器和外部設備之間進行串行通訊或在主設備和從設備之間的雙向數(shù)據(jù)傳送。I2C是OD輸出的，大部分I2C都是2線的（時鐘和數(shù)據(jù)），一般用來傳輸控制信號。
I2C是多主控總線，所以任何一個設備都能像主控器一樣工作，并控制總線�？偩€上每一個設備都有一個獨一無二的地址，根據(jù)設備它們自己的能力，它們可以作為發(fā)射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存。
UART：通用異步串行口，按照標準波特率完成雙向通訊，速度慢。
UART總線是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結構要復雜很多，一般由波特率產生器(產生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發(fā)送器組成，硬件上由兩根線，一根用于發(fā)送，一根用于接收。
UART是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點要注意的是，它提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。作為接口的一部分，UART還提供以下功能：
將由計算機內部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計算機外部來的串行數(shù)據(jù)轉換為字節(jié)，供計算機內部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進行奇偶校驗。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發(fā)出的中斷信號（鍵盤和鼠標也是串行設備）�？梢蕴幚碛嬎銠C與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，現(xiàn)在比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內存儲16字節(jié)數(shù)據(jù)，而通常的UART是8250�，F(xiàn)在如果您購買一個內置的調制解調器，此調制解調器內部通常就會有16550 UART。
SPI、I2C和UART做個比較
SPI 和I2C這兩種通信方式都是短距離的，芯片和芯片之間或者其他元器件如傳感器和芯片之間的通信。SPI和IIC是板上通信,IIC有時也會做板間通信,不過距離甚短,不過超過一米,例如一些觸摸屏,手機液晶屏那些薄膜排線很多用IIC,I2C能用于替代標準的并行總線，能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C是多主控總線，所以任何一個設備都能像主控器一樣工作，并控制總線。總線上每一個設備都有一個獨一無二的地址，根據(jù)設備它們自己的能力，它們可以作為發(fā)射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存這兩種線屬于低速傳輸。
而UART是應用于兩個設備之間的通信，如用單片機做好的設備和計算機的通信。這樣的通信可以做長距離的。UART速度比上面兩者者快,最高達100K左右,用與計算機與設備或者計算機和計算之間通信,但有效范圍不會很長,約10米左右,UART優(yōu)點是支持面廣,程序設計結構很簡單,隨著USB的發(fā)展,UART也逐漸走向下坡。
I2S（Inter-IC Sound Bus）是飛利浦公司為數(shù)字音頻設備之間的音頻 數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標準。
I2S則大部分是3線的（除了時鐘和數(shù)據(jù)外，還有一個左右聲道的選擇信號），I2S主要用來傳輸音頻信號。如STB、DVD、MP3等常用
I2S標準中，既規(guī)定了硬件接口規(guī)范，也規(guī)定了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的格式。I2S有3個主要信號：1）串行時鐘SCLK，也叫位時鐘（BCLK），即對應數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCLK都有1個脈沖。SCLK的頻率=2×采樣頻率×采樣位數(shù)。2）幀時鐘LRCK，(也稱WS)，用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。LRCK為“1”表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)，為“0”則表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。LRCK的頻率等于采樣頻率。3） 串行數(shù)據(jù)SDATA，就是用二進制補碼表示的音頻數(shù)據(jù)。
有時為了使系統(tǒng)間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個信號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統(tǒng)時鐘（Sys Clock），是采樣頻率的256倍或384倍。
GPIO (General Purpose Input Output 通用輸入/輸出)或總線擴展器，利用工業(yè)標準I2C、SMBus或SPI接口簡化了I/O口的擴展。
當微控制器或芯片組沒有足夠的I/O端口，或當系統(tǒng) 需要采用遠端串行通信或控制時，GPIO產品能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能。每個GPIO端口可通過軟件分別配置成輸入或輸出。Maxim的GPIO產品線包括8端口至28端口的GPIO，提供推挽式輸出或漏極開路輸出。提供微型3mm x 3mm QFN封裝。
GPIO的優(yōu)點(端口擴展器)：
低功耗：GPIO具有更低的功率損耗(大約1μA，μC的工作電流則為100μA)。
集成IIC從機接口：GPIO內置IIC從機接口，即使在待機模式下也能夠全速工作。
小封裝：GPIO器件提供最小的封裝尺寸 ― 3mm x 3mm QFN!
低成本：您不用為沒有使用的功能買單！
快速上市：不需要編寫額外的代碼、文檔，不需要任何維護工作！
靈活的燈光控制：內置多路高分辨率的PWM輸出。
可預先確定響應時間：縮短或確定外部事件與中斷之間的響應時間。
更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。
布線簡單：僅需使用2條IIC總線或3條SPI總線
SDIO
SDIO是SD型的擴展接口，除了可以接SD卡外，還可以接支持SDIO接口的設備，插口的用途不止是插存儲卡。支持 SDIO接口的PDA，筆記本電腦等都可以連接象GPS接收器，Wi-Fi或藍牙適配器，調制解調器，局域網(wǎng)適配器，條型碼讀取器，F(xiàn)M無線電，電視接收 器，射頻身份認證讀取器，或者數(shù)碼相機等等采用SD標準接口的設備。
SDIO協(xié)議是由SD卡的協(xié)議演化升級而來的，很多地方保留了SD卡的讀寫協(xié)議，同時SDIO協(xié)議又在SD卡協(xié)議之上添加了CMD52和CMD53命令。由于這個，SDIO和SD卡規(guī)范間的一個重要區(qū)別是增加了低速標準，低速卡的目標應用是以最小的硬件開始來支持低速I/O能力。低速卡支持類似調制解調器,條形碼掃描儀和GPS接收器等應用。高速卡支持網(wǎng)卡，電視卡還有“組合”卡等，組合卡指的是存儲器+SDIO。
SDIO和SD卡的SPEC間的又一個重要區(qū)別是增加了低速標準。SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標應用是以最小的硬件開支來支持低速I/O能力，低速卡支持類似MODEM，條形掃描儀和GPS接收器等應用。對組合卡來說，全速和4BIT操作對卡內存儲器和SDIO部分都是強制要求的。
在非組合卡的SDIO設備里，其最高速度要只有達到25M，而組合卡的最高速度同SD卡的最高速度一樣，要高于25M。
CAN
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之 間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。
一個由CAN 總線構成的單一網(wǎng)絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點。CAN 可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。
CAN總線的特點：
1)可以多主方式工作，網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈
活。
2)網(wǎng)絡上的節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。
3)采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。
4)可以點對點，一點對多點及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。
5)直接通信距離最遠可達10km(速率4Kbps以下)。
6)通信速率最高可達1MB/s(此時距離最長40m)。
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2018-12-7 10:44 上傳
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