一、uart

uart一种异步串行通信协议，用于在两个设备之间传输数据。它将数据按位发送，不需要时钟信号进行同步。在uart通信中，数据通过两根线路传输：发送线（TX）和接收线（RX）。它主要用于简单的点对点通信。

工作原理：数据被拆分成多个数据位，并通过串行方式（一个接一个地）发送，接收方根据预定的波特率解析数据。

应用场景：常见于调试接口、串口通信、GPS模块、蓝牙、WIFI模块等。

数据帧格式：异步通信，双方各自使用自己的时钟信号进行数据传输，由于双方的始终不一样，就算提前约定好了波特率，随着传输数据量的增加，双方数据收发就会累计一定的误差，所以为了避免这个误差，我们需要对传输收发的数据进行约定，规范好收发的格式来消除误差。

空闲位：当不进行数据收发时，数据线处于高电平状态

起始位：1bit低电平，一帧数据传输的开始

数据位：5-8bit数据位，传输的数据

校验位：1bit，可有可无

        奇校验：一帧数据传输后保证数据位和校验位1的个数是一个奇数；

        偶校验：一帧数据传输后保证数据位和校验位1的个数是一个偶数。

停止位：1-2bit高电平，一帧数据结束的标志

二、iic

iic是一种同步串行通信协议，有Philips（现为NXP）开发，广泛用于低速、短距离的多设备通信。iic允许多个设备（包括多个主设备和从设备）共享2根线路：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。

工作原理：由主设备控制时钟线（SCL），通过数据线（SDA）与多个从设备通信。每个设备由唯一的地址，主设备通过设备地址选择要通信的设备。、

iic的信号：

起始信号（SCL为高电平期间，SDA由高电平向低电平变化）。

终止信号（SCL为高电平期间，SDA由低电平向高电平变化）。

应答信号（接收方接收到数据后，还可以进行下一次8bit数据的接收）。

非应答信号（接收方接收到数据后，不可以进行下一次8bit数据的接收）

数据接收和发送信号。

应用场景：传感器、EEPROM、RTC（实时时钟）、显示屏等。

主机和从机通信过程分析：

1、主机给从机发送数据

2、主机从从机读取数据

三、spi

spi是一种同步串行通信协议，用于主从设备之间的高速数据传输。spi是全双工通信，意味着数据可以同时在两个方向上传输。它使用四根信号线：时钟线（SCK）、主设备输入从设备输出线（MISO）、主设备输出从设备输入线（MOSI）和片选线（SS）来进行通信。

工作原理：主设备提供时钟信号（SCK），通过数据线（MISO和MOSI）与从设备进行双向数据传输。每个从设备需要一个单独的片选信号（SS）来进行通信。

应用场景：存储设备（如Flash、SD卡）、显示屏、传感器、音频解码器等。

时序分析：

spi主从机通信需要通过两个时钟特性进行约定：

1、时钟极性（CPOL）：空闲状态下时钟线电平的高低

        时钟极性为1：空闲状态下时钟线保持高电平；

        时钟极性为0：空闲状态下时钟线保持低电平。

2、时钟相位（CPHA）：通信进行数据采样（数据读取）在时钟前沿还是时钟后沿

        时钟相位1：在时钟后沿进行数据采样，在时钟前沿进行数据输出；

        时钟相位1：在时钟前沿进行数据采样，在时钟后沿进行数据输出。

四、总结对比

特性	uart	iic	spi
数据传输模式	异步（全双工/半双工）	同步（半双工）	同步（全双工）
引脚数量	2根（TX/RX）	2根（SDA/SCL）	4根（MISO/MOSI/SCK/SS）
支持的设备数量	1对1（点对点）	多主多从（最多127个设备）	主从结构（多个从设备）
通信速度	低至中速（9600bps-115200bps）	低速（100kbps-3.4Mbps）	高速（数Mbps）
距离	短距离（通常几米）	短至中距离（通常几米）	短至中距离（通常几米）
优点	简单、硬件需求少、全双工	适合多个设备、引脚少	高速、全双工、稳定可靠
缺点	只能连接两个设备、速度有限	传输速率较低、易受噪音干扰	需要更多引脚、不支持多主设备