常见通信的底层数据传输原理

UART、SPI、 I2C等串行通信是嵌入式开发中非常常见的通信方式，这些通信的最底层通信原理其实不难，但很多初学者却学不会。

本文分享一些常见通信的底层数据传输原理。

UART串口

UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器。 UART串口是最常见的一种串口通信，下面是串口连接上位机电脑，以及RS232应用的动画。

如上图，PC 上通过UART来调试MCU。

上图，RS-232通过电平转换芯片与MCU通讯。

SPI串行通信

SPI：Serial Peripheral Interface，串行外设接口。 SPI是一种常见的串行同步通信协议，其应用也非常广泛。 下面是SPI数据传输的时序图：

上图，SPI 数据传输（1）。

上图，SPI数据传输（2）。

上图，SPI时序信号。

I²C通信

I²C：Inter-Integrated Circuit，字面意思是集成电路之间，是I²C Bus简称。

I²C主要是通过地址来区分识别从机，其通信原理相对较简单。

上图，I2C总线以及寻址方式。

红外遥控

红外遥控在我们现实生活中比较常见，家庭各种遥控器大部分都是红外遥控。

红外遥控是通过控制脉宽（高低电平的时间）来实现通信的，只是它是通过红外无线信号建立通信链路（红外遮挡了就不行，但可反射）。

如上图，红外控制信号也是一个串行通讯信号。

上图，红外信号接收与放大整形电路。

上图，一个使用红外接收光电管控制继电器进行鱼食投喂电路。

串并转换电路

串并转换，就是串行数据转成并口数据，通过时钟控制串行数据一位一位传输，凑整（8位）就是一个并行数据了。

这种转换器有很多现成的芯片，原理很简单。

上图，串入、并出移位寄存器。

上图，由八个D寄存器组成的移位寄存器。

上图，串行传输示意图。

其他

这里再分享一些其他串行传输的原理（波形）：

上图，波形调制。

上图，PWM控制LED亮度。

调幅与调频信号，如上图。

相位调制信号，如上图。

方波边沿抖动波形，如上图。

审核编辑：彭静