IIC与SPI，USART有何不同呢

　　IIC
　　1. IIC的定义及作用？与SPI，USART有何不同？
　　STM32上有很多的通讯接口，主要用来连接MCU与IC（如下面将要介绍的EEPROM–AT24C02C），及IC与IC之间的通讯。因为对通讯的速度及功能要求不同，主要分为IIC，SPI，USART.
　　1）.IIC （Inter-Integrated Circuit 意为IC之间总线）：两线式串行总线，是由数据SDA线和时钟SCL线构成的串行总线，可发送和接收数据。IIC是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。 总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。IIC不可以实现全双工（即异步）。
　　标准模式 高达 100kHz
　　快速模式 高达 400kHz
　　超快速模式 高达 1 MHz
　　2）.SPI（Serial Peripheral Interface：串行外设接口） ：主从设备间既可以实现同步通讯也可以异步通讯，SPI总线由三条信号线组成：串行时钟（SCLK）、串行数据输出（SDO）、串行数据输入（SDI），当有多个从设备时，还可以增加一条从设备（SS）选择线。SPI总线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备（Master），其他设备为SPI从机或从设备（Slave）。
　　速度高达18M bit/s
　　如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口（SDO）或者一个输入口（SDI），另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。数据（输入或者输出）在时钟上沿或下沿时改变，在紧接着的下沿或上沿被读取。这样至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。SCL信号线是由主设备控制，从设备不能控制SCL信号线，所以至少有一个主控设备。这样传输的特点：与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。
　　SPI 通讯接口有：SS（ Slave Select），SCK（ Serial Clock），MOSI （Master Output， Slave Input），MISO （Master Input， Slave Output）。
　　3）.USART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器）：是用于控制计算机与串行设备的芯片， USART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多。硬件上有两根线，一根用于发送，一根用于接收。有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。目前市场上有USB转USART（如CP21xx ），也有USB转RS-232C设备（如PL230x）。其中USART 是TTL 电平3.3v，RS-232C是232电平5v.
　　显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。
　　不同之处大概就是上面所示，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行。IIC为两条线（时钟线SCL 和数据线SDA），SPI 为至少3条线，可同步接收和发送，不过只有一条时钟线，如果SPI设备多的话，就还可加入CS片选线选择从机设备。USART
　　硬件IIC和模拟IIC的区别？
　　硬件IIC指的是MCU上面专有的IIC接口（SDA数据线和SCL时钟线）及在APB1上有IIC的指令寄存器，可以直接配置IIC指令寄存器及连接SDA线及SCL线至需要进行通讯的设备（IC或者EEPROM）进行读写通讯。（在STM32的数据手册上面写的需要配置的就是硬件IIC）
　　如下图所示：
　　
　　模拟IIC与上面的硬件IIC有所不同，指通过通用的GPIO口进行配置与相应的IIC设备（如EEPROM—AT24C02）进行通讯，需要配置两个通用IO口，一个作为SDA线，一个作为SCL线与IC进行通讯，如同下面所示：
　　
　　上面图片是模拟IIC使用GPIO口进行配置，在进行IIC的配置前，首先要配置GPIO口。
　　模拟IIC的配置&时序图& 协议
　　首先要配置GPIO口，现在以电路图的连接为主，PF6设置为SCL & PG7设置为SDA，则 首先需要使能GPIOF，PF6/SCL因为是时钟线，所以只要配置成输出就好了。
　　PF7因为是数据GPIO口，数据可以从MCU发送到IC（AT24C02），也可以接收IC（AT24C02）发送的数据。所以需要发送和接收数据，把PF7/SDA设置为输入输出口。
　　1）IIC总线协议的时序图：
　　
　　1））。看上面的时序图，每个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一个应答位（即一帧共9位）。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断，若未收到应答信号，则判断为受控单元故障。
　　2））.IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
　　3））。主控器向被控器发送的信息种类有：空闲状态，初始信号，结束信号，7位地址码，读/写控制位，10位地址码，数据字节，应答信号，脉冲时钟。
　　被控器向主控器发送的信息种类有：应答信号，数据字节，时钟低电平。
　　4））。空闲状态： 时钟线SCL与数据线SDA均为高电平信号。
　　初始信号：在空闲状态时，SCL与SDA均为高电平的状态下，SDA数据线由高电平变为低电平。
　　结束信号：在SDA数据线和SCL均为低电平的状态下，SDA数据线由低电平变为高电平。
　　读写控制位：IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
　　应答信号：在发送完8bit 位后，在第九位时钟的时候，由被控器发送一个应答位，主控器接收发送的应答位。当应答位为0时，表示应答。当应答位为1时，表示无应答。
　　2）.EEPROM—AT24C02的配置
　　1））。目前我写的IC/受控器为AT24C02C，该芯片的总容量为256个字节（2kbit），IIC总线上启动信号后，需要发送一个8位设备地址，来使能IIC总线上与设备地址匹配的设备，匹配的设备会有一个“0”（ACK）应答，这样才能进行读写操作。一般所有的EEPROM设备地址前四位是固定的1010，接下来的三位是设备地址（不同容量规则不同），然后最后一位数是读写使能位。AT24C02的设备地址不需要设备地址，所以为000，所以这个芯片的读是0xA1，写是0xA0.
　　
　　2））.EEPROM的读协议如下：
　　
　　
　　MCU写入AT24C02的流程为：起始信号—-》MCU发送设备地址给AT24C02（0xA0）/写—–》MCU接收从AT24C02的应答信号—-》MCU发送字节地址给AT24C02（写）（这里有一点很重要，之前一直不明白，就是字节地址都是怎么样写的？一般的数据手册都没有写这个，所以一度很困惑。后来经由大神的解释弄清楚了，因为AT24C02的内存为256个字节，因而0x00~0xFF就代表的是这个范围，所以地址就是这个范围内的。例AT20C128的为16384个字节，为0x0000~0x3FFF. ）—–》MCU接收从AT24C02的应答信号—-》MCU接收AT24C02发送的数据——》MCU接收从AT24C02的应答信号—–》结束信号
　　3））.EEPROM的写协议如下：
　　
　　
　　MCU从AT23C02读的流程为：起始信号—-》MCU发送设备地址给AT24C02（0xA0）/写—–》MCU接收从AT24C02的应答信号—-》MCU发送字节地址给AT24C02（写）—–》MCU接收从AT24C02的应答信号—-》起始信号—–》MCU发送设备地址给AT24C02（0xA1）/读—–》MCU接收AT24C02发送的数据——》MCU接收从AT24C02的应答信号—–》结束信号
　　程序
　　IIC.C
　　#include 《stm32f0xx.h》
　　#include “IIC.h”
　　#include “System.h”
　　void IIC_Init（void）/*initation the SDA=1 & SCL=1*/
　　{
　　//I2C idle status
　　SCLEnable; //SCL=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SDAEnable; //SDA=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SDA_OUT（）;
　　SCL_OUT（）;
　　}
　　void IIC_Start（void）//Start the signal， when SCL&SDA in the Init status，pull down the SDA from 1 to 0 when SCL=1 to start the signal.
　　{
　　SDA_OUT（）;
　　SDAEnable; //SDA=1
　　SCLEnable; //SCL=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SDAClean; //Pull down SDA from 1 to 0 when SCL=1 to start the signal transfer
　　SYS_DelayUs（1）; //Baud Rate
　　SCLClean;//SCL=0. The SDA only could valid when SCL=0;
　　}
　　void IIC_Stop（void）//Stop the signal，to pull up the SDA from 0 to 1 when SCL=1
　　{
　　SDA_OUT（）;
　　SCLClean; //SCL=0. The SDA only could change when SCL=0;
　　SDAClean; //SDA=0
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLEnable; //SCL=1
　　SYS_DelayUs（1）;
　　SDAEnable; //Pull up the SDA from 0 to 1 when SCL=1 to stop the signal.I2C idle status when SCL=1&SDA=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　}
　　/*TO write the string from MCU to the corresponding IC ，such as 24C02，
　　The first step to search the Device address（0xa0 write，0xa1 read），wait for the ACK/NoAck，
　　then search the Word address want to write in the address，wait for ACK/NoAck， then write the string*/
　　//I2C when transfer the data.The data in SDA must stable when SCL=1. The data in SDA could change only when SCL=0.
　　void IIC_Write（unsigned char String）
　　{
　　unsigned char i;
　　SDA_OUT（）;
　　SCLClean;//The data in SDA could change only when SCL=0
　　SYS_DelayUs（1）;
　　for（i=0;i《8;i++）
　　{
　　if（（String&0x80）==0） SDAClean;
　　else SDAEnable;
　　String=String《《1;
　　SYS_DelayUs（1）;
　　SCLEnable;//The SDA must stble when SCL=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLClean;
　　SYS_DelayUs（1）;
　　}
　　}
　　/*TO Read the string from IC（Such as 24C02） to MCU，
　　The first step to search the Device address（0xa0 write，0xa1 read），wait for the ACK/NoAck，
　　then search the Word address want to write in the address，wait for ACK/NoAck， then receive the string*/
　　//I2C when receive the data from IC. MCU can read it.The data in SDA must stable when SCL=1. The data in SDA could change only when SCL=0.
　　unsigned char IIC_Read（unsigned char ack）
　　{
　　unsigned char i，receive=0;
　　SDA_IN（）;
　　for（i=0;i《8;i++）
　　{
　　SCLClean;
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLEnable;
　　receive 《《=1;
　　if（（GPIOF-》IDR&GPIOF_IDR7）==0x80） receive++;
　　SYS_DelayUs（2）;
　　}
　　if（！ack）
　　IIC_Ack（）;
　　else
　　IIC_NoAck（）;
　　return receive;
　　}
　　void IIC_Ack（void）//Response signal，Make sure that when SCL=1，SDA=0.
　　{
　　SCLClean;//SCL=0
　　SDA_OUT（）;
　　SDAClean;//SDA=0，The data in SDA must stable when SCL=1. The data in SDA could change only when SCL=0.
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLEnable;//SCL=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLClean;//SCL=0
　　}
　　void IIC_NoAck（void）//No Response signal，Make sure that when SCL=1，SDA=1.
　　{
　　SCLClean;//SCL=0
　　SDA_OUT（）;
　　SDAEnable;//SDA=1，The data in SDA must stable when SCL=1. The data in SDA could change only when SCL=0.
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLEnable;//SCL=1
　　SYS_DelayUs（2）;
　　SCLClean;//SCL=0
　　}
　　unsigned char IIC_Wait_Ack（void）
　　{
　　unsigned char i=0;
　　SDA_IN（）;
　　SYS_DelayUs（1）;
　　SCLEnable; SYS_DelayUs（1）;
　　while（（GPIOF-》IDR&GPIOF_IDR7）==0X80）
　　{
　　i++;
　　if（i》250）
　　{
　　IIC_Stop（）;
　　return 1;
　　}
　　}
　　SYS_DelayUs（1）;
　　SCLClean;
　　return 0;
　　}
　　IIC.h
　　#if ！defined（IIC_H）
　　#define IIC_H
　　#define SDAClean GPIOF-》BSRR=1《《（16+7） //SDA=0
　　#define SDAEnable GPIOF-》BSRR=1《《（0+7） //SDA=1
　　#define SCLClean GPIOF-》BSRR=1《《（16+6） //SCL=0
　　#define SCLEnable GPIOF-》BSRR=1《《（0+6） //SCL=1
　　#define SDA_IN（） GPIOF-》MODER=（GPIOF-》MODER&~（3《《（7*2）））|（0《《（7*2））
　　#define SDA_OUT（） GPIOF-》MODER=（GPIOF-》MODER&~（3《《（7*2）））|（1《《（7*2））
　　#define SCL_OUT（） GPIOF-》MODER=（GPIOF-》MODER&~（3《《（6*2）））|（1《《（6*2））
　　#define GPIOF_IDR7 （（uint32_t）0x00000080U）
　　void SystemClock（void）;
　　void IIC_Init（void）;
　　void IIC_Start（void）;
　　void IIC_Stop（void）;
　　void IIC_Write（unsigned char String）;
　　unsigned char IIC_Read（unsigned char ack）;
　　void IIC_Ack（void）;
　　void IIC_NoAck（void）;
　　unsigned char IIC_Wait_Ack（void）;
　　#endif
　　EEPROM.c
　　#include 《stm32f0xx.h》
　　#include 《String.h》
　　#include “IIC.h”
　　#include “EEPROM.h”
　　#include “System.h”
　　void EEPROM_Init（void）
　　{
　　IIC_Init（）;
　　return;
　　}
　　unsigned long AT24C02_ReadOneByte（unsigned long ReadAddr）
　　{
　　unsigned long temp=0;
　　IIC_Start（）;
　　IIC_Write（0XA0）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　IIC_Write（ReadAddr）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　SYS_DelayUs（2）;
　　IIC_Start（）;
　　IIC_Write（0XA1）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　temp=IIC_Read（0）;
　　IIC_Stop（）;
　　return temp;
　　}
　　void AT24C02_WriteOneByte（unsigned long WriteAddr，unsigned long DataToWrite）
　　{
　　IIC_Start（）;
　　IIC_Write（0XA0）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　IIC_Write（WriteAddr）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　IIC_Write（DataToWrite）;
　　IIC_Wait_Ack（）;
　　}
　　void AT24C02_Read（unsigned long ReadAddr，unsigned long *pBuffer，unsigned long NumToRead）
　　{
　　while（NumToRead）
　　{
　　*pBuffer++=AT24C02_ReadOneByte（ReadAddr++）;
　　NumToRead--;
　　}
　　}
　　void AT24C02_Write（unsigned long WriteAddr，unsigned long *pBuffer，unsigned long NumToWrite）
　　{
　　while（NumToWrite--）
　　{
　　AT24C02_WriteOneByte（WriteAddr，*pBuffer）;
　　WriteAddr++;
　　pBuffer++;
　　}
　　}
　　EEPROM.h
　　#if ！defined（EEPROM_H）
　　#define EEPROM_H
　　#define EEPROM_ADDRESS 0xa0
　　void EEPROM_Init（void）;
　　void EEPROM_Write（unsigned long Address，const void *pData，unsigned long Length）;
　　void EEPROM_Read（unsigned long Address，unsigned char *ReadData，unsigned long Length）;
　　unsigned long AT24C02_ReadOneByte（unsigned long ReadAddr）;
　　void AT24C02_WriteOneByte（unsigned long WriteAddr，unsigned long DataToWrite）;
　　void AT24C02_Read（unsigned long ReadAddr，unsigned long *pBuffer，unsigned long NumToRead）;
　　void AT24C02_Write（unsigned long WriteAddr，unsigned long *pBuffer，unsigned long NumToWrite）;
　　#endif
　　在这一定注意SCL时钟线，就像有生命的心脏一样，一定要保持它的跳动，不能有停止中断的时候，因此Delay语句就很重要了，要是SCL时钟的delay恰到好处，所以当有示波器就可以看出写的程序是否是遵循这个道理。如果没有，完成可以根据程序手绘一个，同时根据绘制的时序图可以反映出写的程序是否正确。这个下面是我手绘的版本。这是比较笨的方法，但是很有效果。