SPI、I2C、UART三種串行總線的區(qū)別

ISP:In SyestermProgram在系統(tǒng)編程

AT89S52在系統(tǒng)編程（ISP）所用到的幾個(gè)引腳定義：

SPI簡(jiǎn)述(Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOST和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT或INT、有的SPI接口芯片沒(méi)有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。由此可見，在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸速度要求不是太高時(shí)，使用SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。

SPI四線制引腳功能定義

小結(jié)：AT89S52單片機(jī)的FLASH燒寫程序接口是ISP,所用為燒寫程序小板上主控芯片AVR的SPI通信引腳MOSI、MISO、SCLK。

什么是JTAG?

JTAG是一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，用于計(jì)算機(jī)和單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)快速通訊。

AVR的JTAG功能（只有部分型號(hào)才有）使得AVR的調(diào)試工作非常簡(jiǎn)單，可以通過(guò)JTAG接口對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位進(jìn)行編程。

使用AVR studio軟件和JTAG硬件（AVR JTAG編程器，AVR JTAG仿真器）可以進(jìn)行程序下載（編程）和程序在線調(diào)試。

JTAG接口有四個(gè)引腳。以JTAG的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這些引腳組成了測(cè)試訪問(wèn)端口TAP。這些引腳是：

·TMS：測(cè)試模式選擇。此引腳用來(lái)實(shí)現(xiàn)TAP控制器各個(gè)狀態(tài)之間的切換。

·TCK：測(cè)試時(shí)鐘。JTAG操作是與TCK同步的。

·TDI：測(cè)試數(shù)據(jù)輸入--需要移位到指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器(掃描鏈)的串行輸入數(shù)據(jù)。

·TDO：測(cè)試數(shù)據(jù)輸出--自指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器串行移出的數(shù)據(jù)。

什么是ISP?

ISP是一種通用的程序下載方式，AVR單片機(jī)都有ISP下載接口。可以通過(guò)ISP下載線或者STK500把程序下載到單片機(jī)中。

ISP下載線成本低廉，制作簡(jiǎn)單，一個(gè)并口ISP下載線只需幾十元即可得到。開發(fā)工具成本低也是AVR單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)之一。

JTAG與ISP的區(qū)別和聯(lián)系

區(qū)別：JTAG可以調(diào)試程序，而ISP只能下載程序。

聯(lián)系：同作為AVR程序下載工具，都能把程序從電腦下載到單片機(jī)中。都能對(duì)芯片的熔絲位和鎖定位進(jìn)行編程。

JTAG調(diào)試與普通軟件仿真的區(qū)別和聯(lián)系

聯(lián)系：都可以在計(jì)算機(jī)調(diào)試程序終端看到程序的運(yùn)行效果，都可以設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，進(jìn)入循環(huán)，跳出循環(huán)，連續(xù)運(yùn)行等操作。還能實(shí)時(shí)觀察各寄存器的值，IO口狀態(tài)等。

區(qū)別：軟件仿真，用的是計(jì)算機(jī)來(lái)模仿單片機(jī)運(yùn)行，不是全真的環(huán)境，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)偏差甚至錯(cuò)誤。而用JTAG在線調(diào)試，程序本身在單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行，完全真實(shí)的硬件環(huán)境，更準(zhǔn)確的反映程序運(yùn)行的實(shí)際情況，有助于大型程序的調(diào)試。

第一個(gè)區(qū)別當(dāng)然是名字：
SPI(SerialPeripheralInterface：串行外設(shè)接口);
I2C(INTERICBUS：意為IC之間總線)
UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter：通用異步收發(fā)器)

第二，區(qū)別在電氣信號(hào)線上：
SPI總線由三條信號(hào)線組成：串行時(shí)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(shí)現(xiàn)多個(gè)SPI設(shè)備互相連接。提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設(shè)備為SPI主機(jī)或主設(shè)備(Master)，其他設(shè)備為SPI從機(jī)或從設(shè)備(Slave)。主從設(shè)備間可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，還可以增加一條從設(shè)備選擇線。
如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個(gè)輸出口(SDO)，一個(gè)輸入口(SDI)，另一個(gè)口則視實(shí)現(xiàn)的設(shè)備類型而定，如果要實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備，則需輸入輸出口，若只實(shí)現(xiàn)主設(shè)備，則需輸出口即可，若只實(shí)現(xiàn)從設(shè)備，則只需輸入口即可。

I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口標(biāo)準(zhǔn)，具有總線仲裁機(jī)制，非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。在它的協(xié)議體系中，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)帶上目的設(shè)備的設(shè)備地址，因此可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備組網(wǎng)。
如果用通用IO口模擬I2C總線，并實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口(SDA)，另外還需一個(gè)輸出口(SCL)。（注：I2C資料了解得比較少，這里的描述可能很不完備）

UART總線是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜很多，一般由波特率產(chǎn)生器(產(chǎn)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。
顯然，如果用通用IO口模擬UART總線，則需一個(gè)輸入口，一個(gè)輸出口。

第三，從第二點(diǎn)明顯可以看出，SPI和UART可以實(shí)現(xiàn)全雙工，但I(xiàn)2C不行；

第四，看看牛人們的意見吧！
wudanyu：I2C線更少，我覺(jué)得比UART、SPI更為強(qiáng)大，但是技術(shù)上也更加麻煩些，因?yàn)镮2C需要有雙向IO的支持，而且I2C使用上拉電阻，我覺(jué)得抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠(yuǎn)距離通信。SPI實(shí)現(xiàn)要簡(jiǎn)單一些，UART需要固定的波特率，就是說(shuō)兩位數(shù)據(jù)的間隔要相等，而SPI則無(wú)所謂，因?yàn)樗怯袝r(shí)鐘的協(xié)議。
quickmouse：I2C的速度比SPI慢一點(diǎn)，協(xié)議比SPI復(fù)雜一點(diǎn)，但是連線也比標(biāo)準(zhǔn)的SPI要少。

1、SPI(Serial Peripheral Interface串行外圍接口)：高速、全雙工、同步串行口。
三或四個(gè)信號(hào)用于數(shù)據(jù)交換：
SIMO:從進(jìn)，主出
SOMI:從出，主進(jìn)
UCLK:時(shí)鐘，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，從機(jī)用它發(fā)送和接收數(shù)據(jù)
STE：從機(jī)發(fā)送允許，用于四線模式中控制多主從系統(tǒng)中的多個(gè)從機(jī)

三線SPI組成：串行時(shí)鐘(SCLK)、串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)、串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，還可以增加一條從設(shè)備選擇線。四線SPI模式用附加控制線，來(lái)允許從機(jī)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，它由主機(jī)控制。

SPI總線可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)SPI設(shè)備互相連接。
提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設(shè)備為SPI主機(jī)或主設(shè)備(Master)，其他設(shè)備為SPI從機(jī)或從設(shè)備(Slave)。

主從設(shè)備間可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸,在主器件的移位脈沖下,數(shù)據(jù)按位傳輸,高位在前,地位在后,為全雙工通信。
如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個(gè)輸出口(SDO)，一個(gè)輸入口(SDI)，另一個(gè)口則視實(shí)現(xiàn)的設(shè)備類型而定，如果要實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備，則需輸入輸出口，若只實(shí)現(xiàn)主設(shè)備，則需輸出口即可，若只實(shí)現(xiàn)從設(shè)備，則只需輸入口即可。

UART需要固定的波特率，而SPI則無(wú)所謂，因?yàn)樗怯袝r(shí)鐘的協(xié)議。
SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM,FLASH,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,AD轉(zhuǎn)換器,還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。

2、I2C(Inter IC Bus)接口定義：
I2C總線是雙向兩線(SCL——串行時(shí)鐘、SDA——串行數(shù)據(jù)線)制同步串行總線，具有競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)和仲裁機(jī)制，可使多個(gè)主機(jī)任意同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)而不破壞總線上的數(shù)據(jù)信息。非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。在它的協(xié)議體系中，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)帶上目的設(shè)備的設(shè)備地址，因此可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備組網(wǎng)。
特點(diǎn)：
A、每個(gè)連到總線上的器件都可由軟件唯一的地址尋址，并建立簡(jiǎn)單的主從關(guān)系。主器件既可作為發(fā)送器，又可作為接收器。
B、同步時(shí)鐘允許器件通過(guò)總線以不同的波特率進(jìn)行通信
C、同步時(shí)鐘可以作為停止和重新啟動(dòng)串行口發(fā)送的握手方式
D、連接到同一總線上的集成電路器件數(shù)只受400PF的總大總線電容的限制
如果用通用IO口模擬I2C總線，并實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口(SDA)，另外還需一個(gè)輸出口(SCL)。

注：組成I2C總線的串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL必須經(jīng)過(guò)上拉電阻Rp接到正電源上，連接到總線上的器件的輸出極必須為“開漏”或“開集”的形式，以便完成“線與”的功能。

I2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠(yuǎn)距離通信。

各種接口之間的區(qū)別如下：

1、UART和USART兩個(gè)的區(qū)別是UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收發(fā)器USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步異步收發(fā)器，USART是新出的，是復(fù)用功能，可以選擇SPI模式（同步串行通訊）也可以是UART模式（異步串行通訊），比UART功能跟強(qiáng)大。UART就是兩線，一根發(fā)送一根接收，可以全雙工通信，線數(shù)也比較少。數(shù)據(jù)是異步傳輸?shù)?，?duì)雙方的時(shí)序要求比較嚴(yán)格，通信速度也不是很快。在多機(jī)通信上面用的最多。

2、SPI接口和上面UART相比，多了一條同步時(shí)鐘線，上面UART的缺點(diǎn)也就是它的優(yōu)點(diǎn)了，對(duì)通信雙方的時(shí)序要求不嚴(yán)格不同設(shè)備之間可以很容易結(jié)合，而且通信速度非常快。一般用在產(chǎn)品內(nèi)部元件之間的高速數(shù)據(jù)通信上面，如大容量存儲(chǔ)器等。

3、I2C接口也是兩線接口，它是兩根線之間通過(guò)復(fù)雜的邏輯關(guān)系傳輸數(shù)據(jù)的，通信速度不高，程序?qū)懫饋?lái)也比較復(fù)雜。一般單片機(jī)系統(tǒng)里主要用來(lái)和24C02等小容易存儲(chǔ)器連接