一、介绍
串口通信是一种通过串行接口逐位传输数据的通信方式，广泛应用于嵌入式系统、工业控制、传感器网络等领域。
二、以下是几种常见的串口通信方式及其对比：
1.UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）
特点：
异步通信：无时钟信号，依赖预定义的波特率（Baud Rate）同步数据。
全双工：支持同时发送和接收（需独立的TX和RX线）。
点对点：通常用于两个设备之间的通信。
帧格式：数据帧包含起始位、数据位（5-9位）、校验位（可选）和停止位。
优点：
简单易用，硬件成本低。
支持长距离通信（配合RS-232/RS-485等电平转换芯片）。
缺点：
依赖精确的波特率匹配，抗干扰能力较弱。
仅支持点对点，无法直接连接多设备。
典型应用：单片机与PC通信、GPS模块、蓝牙模块等。
2. I2C（Inter-Integrated Circuit）
特点：
同步通信：需时钟信号（SCL）和数据线（SDA）。
半双工：同一时间只能发送或接收。
多主多从：支持多个主设备和从设备共享总线。
地址寻址：每个设备有唯一地址，主设备通过地址选择从设备。
低速传输：标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、高速模式（3.4Mbps）。
优点：
引脚少（仅需两根线），适合多设备场景。
支持总线仲裁和冲突检测。
缺点：
速度较慢，协议复杂度较高。
长距离通信需额外电路（如电平转换器）。
典型应用：温度传感器、RTC（实时时钟）、低速率外设。
3. RS-232
特点：
物理层标准：定义电平、连接器（如DB9）和电气特性。
异步通信：基于UART协议，需波特率匹配。
单端信号：使用正负电压表示逻辑（-3V~-15V为1，+3V~+15V为0）。
优点：
抗干扰能力较强（相比TTL电平）。
支持较长距离（典型15米以内）。
缺点：
速度较低（通常<115.2kbps）。
仅支持点对点通信。
典型应用：老式计算机外设（鼠标、调制解调器）、工控设备。
4. RS-485
特点：
差分信号：使用两条线（A和B）传输差分电压，抗干扰能力强。
多设备通信：支持总线拓扑，最多32个设备（通过中继器扩展）。
半双工：需方向控制（如RE/DE引脚）。
高速长距离：传输距离可达1200米（低速时），速率最高10Mbps（短距离）。
优点：
抗干扰强，适合工业环境。
支持多节点网络。
缺点：
需协议层管理（如Modbus），硬件复杂度较高。
典型应用：工业自动化、楼宇控制、多节点传感器网络。
5. USB（Universal Serial Bus）
特点：
复杂协议：支持热插拔、即插即用、电源供电。
高速传输：USB 2.0（480Mbps）、USB 3.0（5Gbps）。
主从架构：主机（如PC）控制所有数据传输。
优点：
高带宽，支持多种设备类型。
广泛兼容，即插即用。
缺点：
协议复杂，需专用控制器。
传输距离短（一般<5米）。
典型应用：外设连接（键盘、存储设备）、高速数据采集。
6. SPI（Serial Peripheral Interface）
1. 基本特性：
同步通信：依赖时钟信号（SCLK）控制数据传输时序，主设备生成时钟。
全双工：数据可同时发送（MOSI）和接收（MISO）。
主从架构：一个主设备控制多个从设备，通过片选信号（SS/CS）选择从机。
高速传输：理论速率可达几十Mbps（如STM32的SPI支持50Mbps以上）。
灵活性：数据位宽可配置（通常8位或16位），时钟极性和相位可调。
2. 信号线
SCLK（Serial Clock）：主设备输出的时钟信号，控制数据传输节奏。
MOSI（Master Out Slave In）：主设备发送数据到从设备的线路。
MISO（Master In Slave Out）：从设备发送数据到主设备的线路。
SS/CS（Slave Select/Chip Select）：主设备通过拉低对应从机的片选信号激活通信。
3. 通信过程
主设备初始化：配置时钟极性（CPOL）和相位（CPHA），确定数据采样边沿。
选择从设备：拉低目标从机的SS/CS引脚。
数据传输：
主设备通过MOSI发送数据，同时通过MISO接收从机数据。
每个时钟周期传输一个数据位（上升沿或下降沿采样，由CPOL和CPHA决定）。
结束通信：拉高SS/CS引脚，释放从机。
4. 时钟模式（CPOL和CPHA）
CPOL（Clock Polarity）：
CPOL=0：时钟空闲时为低电平。
CPOL=1：时钟空闲时为高电平。
CPHA（Clock Phase）：
CPHA=0：数据在时钟的第一个边沿（上升或下降）采样。
CPHA=1：数据在时钟的第二个边沿采样。
5. 多从机连接方式
独立片选（SS/CS）：每个从机有独立的片选信号，主设备通过多个SS引脚控制。
优点：简单直接，各从机独立工作。
缺点：占用主设备较多引脚。
菊花链（Daisy Chain）：多个从机共用同一片选信号，数据依次传递。
优点：节省主设备引脚。
缺点：所有从机需支持菊花链模式，协议复杂度高。
6. 优缺点总结
优点：
高速传输，适合实时性要求高的场景。
全双工通信，数据传输效率高。
硬件简单，无复杂协议（如地址寻址）。
缺点：
引脚占用多（每个从机需单独SS线）。
无硬件错误检测机制（依赖软件校验）。
通信距离短（通常<1米）。
7. 典型应用
存储器：Flash、EEPROM（如W25Q128）。
传感器：加速度计、陀螺仪（如MPU6050）。
显示屏：OLED、TFT屏幕（通过SPI传输图像数据）。
ADC/DAC：高速模数/数模转换芯片。
三、SPI多从机通信的连线方法
若主机需连接多个从机，常见连线方式有两种：
1. 独立片选（CS）法
硬件连接：每个从机独占一条CS线，主机通过拉低对应CS线选中从机。
优点：逻辑简单，各从机独立操作，无冲突。
缺点：占用主机较多GPIO引脚，从机数量受限于可用CS线数量。
连线示意图：
复制代码
主机 从机1 从机2
SCLK ──┬─────SCLK─────SCLK
MOSI ──┼─────MOSI─────MOSI
MISO ──┼─────MISO─────MISO
CS1 ──┴─────CS
CS2 ────────┴───────CS
2.菊花链（Daisy Chain）法
硬件连接：所有从机的MOSI/MISO串联，数据依次传递。
工作方式：主机发送数据包，各从机依次截取自身所需数据段。
优点：仅需一条CS线，节省主机引脚。
缺点：所有从机需支持菊花链协议，且数据需按顺序处理。
适用场景：LED驱动芯片（如移位寄存器）等需要级联的设备。
四、SPI多从机通信的注意事项
时序同步：所有从机的时钟模式（CPOL/CPHA）需与主机一致。
抗干扰设计：长距离通信时，可加入终端电阻或使用差分信号（如RS-485兼容SPI）。
软件调度：主机需通过轮询或优先级策略管理多从机通信，避免总线冲突。
五、STM32F103单片机中默认SPI引脚是哪个
1.SPI1（高速SPI，APB2总线）
默认引脚 （无需重映射）：
SCK（时钟） ：PA5（引脚PA5，复用功能SPI1_SCK）
MOSI（主机输出） ：PA7（引脚PA7，复用功能SPI1_MOSI）
MISO（主机输入） ：PA6（引脚PA6，复用功能SPI1_MISO）
NSS（片选，可选硬件控制） ：PA4（引脚PA4，复用功能SPI1_NSS）
2.SPI2（低速SPI，APB1总线）
默认引脚 （无需重映射）：
SCK（时钟） ：PB13（引脚PB13，复用功能SPI2_SCK）
MOSI（主机输出） ：PB15（引脚PB15，复用功能SPI2_MOSI）
MISO（主机输入） ：PB14（引脚PB14，复用功能SPI2_MISO）
NSS（片选，可选硬件控制） ：PB12（引脚PB12，复用功能SPI2_NSS）