STM32学习笔记----UART、IIC、SPI的区别

在STM32微控制器中，UART（通用异步收发传输器）、I2C（串行外设接口）和SPI（串行外设接口）是三种常见的通信协议。它们各自有不同的用途、特性和工作方式。它们的基本区别在于通信协议、数据传输方式以及硬件连接方式。下面我会详细介绍它们之间的区别，以及在使STM32标准库时如何进行配置和使用。

1. UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）

UART是串行通信协议中的一种，用于点对点的全双工通信。它的特点是采用异步传输模式，即数据的发送和接收不需要同步时钟信号，通信双方约定好波特率、数据位、停止位等参数后即可进行数据交换。

特点：

• 异步通信：数据不需要同步时钟线，而是通过约定的波特率来控制传输速率。
• 全双工：同时可以进行发送和接收。
• 简单：硬件连接简单，常用于短距离的低速通信。
• 波特率配置：在标准库中，通过 USART_InitTypeDef 结构体来设置波特率、数据位、停止位等参数。

代码：

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 配置GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // TX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; // RX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 配置USART
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

// 使能USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);

2. I2C（Inter-Integrated Circuit）

I2C是一种双线串行通信协议，用于连接多个设备。I2C使用两根信号线：一根是数据线（SDA），另一根是时钟线（SCL）。它是半双工通信，即一次只能进行发送或接收。

特点：

• 双线通信：需要两根信号线，分别是SDA（数据线）和SCL（时钟线）。
• 多主多从：一个I2C总线上可以有多个主设备和多个从设备。
• 速率较低：通常适用于短距离的低速通信。
• 地址模式：每个I2C设备有一个唯一的地址，通过这个地址来识别不同设备。
• 支持多设备：可以在同一总线上连接多个设备，通过地址区分。

代码：

I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 配置I2C的GPIO引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // SDA, SCL
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; // 开漏输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

// 配置I2C
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000; // 100kHz
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x30; // 设备地址
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

// 使能I2C
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);

3. SPI（Serial Peripheral Interface）

SPI是一种同步串行通信协议，常用于高速数据传输。它通过四根信号线进行通信：MISO（主设备输入从设备输出），MOSI（主设备输出从设备输入），SCK（时钟信号），以及SS（从设备选择信号）。

特点：

• 同步通信：使用时钟信号来同步数据传输，确保数据在特定的时刻被接收或发送。
• 全双工：可以同时发送和接收数据。
• 速度较高：通常比I2C具有更高的传输速率。
• 连接方式：需要四根信号线，适用于高速数据交换。
• 点对点或主从模式：可以通过设置SS引脚来决定主从关系。

代码：

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 配置SPI的GPIO引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // SCK, MISO, MOSI
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 配置SPI
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

// 使能SPI
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

比较总结

总结

• UART适用于低速、点对点通信的场景，配置简单。
• I2C适用于低速但需要多个设备连接的场景，尤其适用于传感器和EEPROM。
• SPI适用于高速、全双工的应用，常用于数据存储和传感器接口。

在实际使用中，根据设备间的距离、数据速率要求、通信协议的复杂度等因素来选择最合适的通信接口。