SPI、I2C、UART三种串行总线的区别

ISP:In SyestermProgram在系统编程

AT89S52在系统编程（ISP）所用到的几个引脚定义：

SPI简述(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOST和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。由于SPI系统总线一共只需3～4位数据线和控制即可实现与具有SPI总线接口功能的各种I/O器件进行接口，而扩展并行总线则需要8根数据线、8～16位地址线、2～3位控制线，因此，采用SPI总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和I/O口线，提高设计的可靠性。由此可见，在MCS51系列等不具有SPI接口的单片机组成的智能仪器和工业测控系统中，当传输速度要求不是太高时，使用SPI总线可以增加应用系统接口器件的种类，提高应用系统的性能。

SPI四线制引脚功能定义

小结：AT89S52单片机的FLASH烧写程序接口是ISP,所用为烧写程序小板上主控芯片AVR的SPI通信引脚MOSI、MISO、SCLK。

什么是JTAG?

JTAG是一个通信标准，用于计算机和单片机进行实时快速通讯。

AVR的JTAG功能（只有部分型号才有）使得AVR的调试工作非常简单，可以通过JTAG接口对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位进行编程。

使用AVR studio软件和JTAG硬件（AVR JTAG编程器，AVR JTAG仿真器）可以进行程序下载（编程）和程序在线调试。

JTAG接口有四个引脚。以JTAG的术语来说，这些引脚组成了测试访问端口TAP。这些引脚是：

·TMS：测试模式选择。此引脚用来实现TAP控制器各个状态之间的切换。

·TCK：测试时钟。JTAG操作是与TCK同步的。

·TDI：测试数据输入--需要移位到指令寄存器或数据寄存器(扫描链)的串行输入数据。

·TDO：测试数据输出--自指令寄存器或数据寄存器串行移出的数据。

什么是ISP?

ISP是一种通用的程序下载方式，AVR单片机都有ISP下载接口。可以通过ISP下载线或者STK500把程序下载到单片机中。

ISP下载线成本低廉，制作简单，一个并口ISP下载线只需几十元即可得到。开发工具成本低也是AVR单片机的优势之一。

JTAG与ISP的区别和联系

区别：JTAG可以调试程序，而ISP只能下载程序。

联系：同作为AVR程序下载工具，都能把程序从电脑下载到单片机中。都能对芯片的熔丝位和锁定位进行编程。

JTAG调试与普通软件仿真的区别和联系

联系：都可以在计算机调试程序终端看到程序的运行效果，都可以设置断点，单步运行，进入循环，跳出循环，连续运行等操作。还能实时观察各寄存器的值，IO口状态等。

区别：软件仿真，用的是计算机来模仿单片机运行，不是全真的环境，很多时候会出现偏差甚至错误。而用JTAG在线调试，程序本身在单片机内运行，完全真实的硬件环境，更准确的反映程序运行的实际情况，有助于大型程序的调试。

第一个区别当然是名字：
SPI(SerialPeripheralInterface：串行外设接口);
I2C(INTERICBUS：意为IC之间总线)
UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter：通用异步收发器)

第二，区别在电气信号线上：
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)。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)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。
如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，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。

I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。
如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备）

UART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，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
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。

第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；

第四，看看牛人们的意见吧！
wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且I2C使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。
quickmouse：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。

1、SPI(Serial Peripheral Interface串行外围接口)：高速、全双工、同步串行口。
三或四个信号用于数据交换：
SIMO:从进，主出
SOMI:从出，主进
UCLK:时钟，由主机驱动，从机用它发送和接收数据
STE：从机发送允许，用于四线模式中控制多主从系统中的多个从机

三线SPI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选择线。四线SPI模式用附加控制线，来允许从机数据的发送和接收，它由主机控制。

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)。

主从设备间可以实现全双工通信，SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,地位在后,为全双工通信。
如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，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。

UART需要固定的波特率，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。
SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

2、I2C(Inter IC Bus)接口定义：
I2C总线是双向两线(SCL——串行时钟、SDA——串行数据线)制同步串行总线，具有竞争检测和仲裁机制，可使多个主机任意同时发送数据而不破坏总线上的数据信息。非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。
特点：
A、每个连到总线上的器件都可由软件唯一的地址寻址，并建立简单的主从关系。主器件既可作为发送器，又可作为接收器。
B、同步时钟允许器件通过总线以不同的波特率进行通信
C、同步时钟可以作为停止和重新启动串行口发送的握手方式
D、连接到同一总线上的集成电路器件数只受400PF的总大总线电容的限制
如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。

注：组成I2C总线的串行数据线SDA和串行时钟线SCL必须经过上拉电阻Rp接到正电源上，连接到总线上的器件的输出极必须为“开漏”或“开集”的形式，以便完成“线与”的功能。

I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。

各种接口之间的区别如下：

1、UART和USART两个的区别是UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用异步收发器USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步异步收发器，USART是新出的，是复用功能，可以选择SPI模式（同步串行通讯）也可以是UART模式（异步串行通讯），比UART功能跟强大。UART就是两线，一根发送一根接收，可以全双工通信，线数也比较少。数据是异步传输的，对双方的时序要求比较严格，通信速度也不是很快。在多机通信上面用的最多。

2、SPI接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART的缺点也就是它的优点了，对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面，如大容量存储器等。

3、I2C接口也是两线接口，它是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输数据的，通信速度不高，程序写起来也比较复杂。一般单片机系统里主要用来和24C02等小容易存储器连接