动图演示UART、SPI、 I2C等串行通信的底层原理

发布时间:2023-02-02  

UART、SPI、 I2C等串行通信是嵌入式开发中非常常见的通信方式,这些通信的最底层通信原理其实不难,但很多初学者却学不会。


本文分享一些常见通信的底层数据传输原理。


UART串口

UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器。 UART串口是最常见的一种串口通信,下面是串口连接上位机电脑,以及RS232应用的动画。

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如上图,PC 上通过UART来调试MCU

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上图,RS-232通过电平转换芯片与MCU通讯。

SPI串行通信

SPI:Serial Peripheral Interface,串行外设接口。 SPI是一种常见的串行同步通信协议,其应用也非常广泛。

下面是SPI数据传输的时序图:

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上图,SPI 数据传输(1)。

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上图,SPI数据传输(2)。

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上图,SPI时序信号。


I²C通信

I²C:Inter-Integrated Circuit,字面意思是集成电路之间,是I²C Bus简称。

I²C主要是通过地址来区分识别从机,其通信原理相对较简单。

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上图,I2C总线以及寻址方式。


红外遥控

红外遥控在我们现实生活中比较常见,家庭各种遥控器大部分都是红外遥控。

红外遥控是通过控制脉宽(高低电平的时间)来实现通信的,只是它是通过红外无线信号建立通信链路(红外遮挡了就不行,但可反射)。

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如上图,红外控制信号也是一个串行通讯信号。

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上图,红外信号接收与放大整形电路。

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上图,一个使用红外接收光电管控制继电器进行鱼食投喂电路。


串并转换电路

串并转换,就是串行数据转成并口数据,通过时钟控制串行数据一位一位传输,凑整(8位)就是一个并行数据了。

这种转换器有很多现成的芯片,原理很简单。

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上图,串入、并出移位寄存器。

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上图,由八个D寄存器组成的移位寄存器。

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上图,串行传输示意图。


其他

这里再分享一些其他串行传输的原理(波形):

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上图,波形调制。

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上图,PWM控制LED亮度。

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调幅与调频信号,如上图。

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相位调制信号,如上图。

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