就嵌入式系统而言，串行通信是使用最广泛的通信方法。在讨论嵌入式行业中使用的串行协议类型并进行比较之前，让我们先了解什么是串行通信。
什么是串行通信？
顾名思义，在这种通信中，数据是串行传输的（一个接一个）而不是并行的（所有东西都在一起）。因此，正如预期的那样，与并行通信相比，串行通信可以使用更少的电线完成，并且它还需要某种同步机制（时钟）才能成功通信。
*注意： 在串行通信中，只有通信是串行完成的，其余的一切，如数据处理等，都是以并行方式发生的，即以寄存器的形式。
串行通信可以进一步分为同步和异步类型。
同步串行通信
在这种类型的通信中，发送器和接收器共享一个公共时钟以保持彼此同步。
异步串行通信
这种类型的串行通信不需要发送器和接收器之间有任何公共时钟源，双方都根据各自独立的时钟工作。
串行通信协议的类型
嵌入式工业中使用了多种类型的串行通信协议。让我们在这里讨论它们：
1. SPI（串行外设接口）
这是一种同步型串行通信协议，由两条数据线（MOSI 和 MISO）、一条时钟线（SCK）和一条从机选择线（SS）组成。
在继续之前，您应该了解一些术语：-
Master – 为通信提供时钟的设备
Slave – 除主机以外的设备，它利用主机的时钟进行通信
MOSI – Master Out Salve In（主机通过该线路向其从机发送数据）
MISO – Master In Slave Out（从属响应主控的线路）
SCK – 串行时钟（主设备提供的时钟）
SS – 从机选择（用于选择主机要与之通信的从机的线路）
在 SPI 中，在任何给定时间都可能只有一个主设备和它下面的几个其他从设备，它们只响应主设备的调用。整个通信由master自己处理；任何奴隶都不能随意发送数据。主机通过 MOSI 发送数据，而从机通过 MISO 线响应。在整个过程中SCK（serial clock）起着非常重要的作用，每个slave设备都依赖这个时钟从MOSI读取数据并通过MISO进行响应。SS（从机选择）用于使特定的从机与主机想要通信的主机唤醒。这是 SPI 的示例：
现在用于实现SPI通信的寄存器很少，有：
SPDR（SPI 数据寄存器）
➢ 用于存放一个字节的要传输或接收的数据。
SPSR（SPI 状态寄存器）
➢ 该寄存器保存了 SPI 通信所涉及的状态位
SPCR（SPI 控制寄存器）
➢ 该寄存器保存了 SPI 通信中涉及的控制位
以上所有寄存器的长度都是 8 位。
优点：
1. 提供比异步更可靠的同步串行通信
2. 多个设备（Slaves）可以连接到一个master
3. 更快的串行通信形式
缺点：
1. 需要多条从机选择线连接多个从机
2. 整个通信过程只有主人可以控制；没有两个奴隶可以直接相互沟通
2. I2C（内部集成电路）或两线接口
另一个非常有用的同步串行通信协议是 I2C 或内部集成电路协议。与 SPI 不同，I2C 在整个过程中只使用两根线，这也许就是它也被称为双线接口 (TWI) 协议的原因。这两条线是 SDA（串行数据）和 SCL（串行时钟）。I2C 协议可以支持多个从设备，但与 SPI 只支持一个主设备不同，I2C 可以支持多个主设备。每个设备仅使用一根 SDA 线发送/接收数据。SCL 通过活动主机提供的公共时钟保持设备之间的同步。
每个从机都有自己唯一的 7 到 10 位地址，主机使用该地址来识别它们。每当主机要发送数据时，它首先会生成一个请求，该请求具有该从机的特定地址。每个从站都将这个地址与自己的地址相匹配，地址匹配的那个将响应主站。每条消息都以开始条件启动并以停止条件结束。一条消息可以包含多个数据字节，每个数据字节之间都有一个确认 (ACK) 或否定确认 (NACK) 位。
为了运行该协议，需要带有 SDA 和 SCL 的上拉电阻。
优点：
1. 多主多从可以接口在一起
2. 这种通信只需要两根线
缺点：
1. 与 SPI 相比速度较慢，因为在此协议中完成了大量的框架工作
3.串口/串口
UART 代表通用异步接收器和发送器，而 USART 代表通用同步和异步接收器和发送器。它们之间的区别在于 UART 仅执行异步串行通信，而 USART 可以执行同步和异步串行通信过程。
对于异步模式，该协议仅使用两条线，即 Rx 和 TX。由于这里不需要时钟，因此两个设备都必须利用其独立的内部时钟来工作。然而，有一个术语称为波特率，它通过固定数据交换速度来帮助这些设备保持同步。波特率是指每秒传输的数据位数，因此两个设备应以相同的波特率工作，以保持其正常运行。
UART/USART 有一个很大的限制，即只有两个设备可以同时使用该协议进行通信。一个设备的 TX 引脚将数据传输到另一个设备的 RX 引脚，类似地，后者的 TX 将数据传输到前一个设备的 RX。这就是数据交换发生的方式。
*注意：两个通信设备应该有一个共同的地面（GND）
对于同步模式，额外的 XCK 引脚用于提供时钟。时钟由发送数据的设备产生。
优点：
1. 提供同步和异步串行通信
2. 各种波特率的可用性使其适用于广泛的应用程序和设备
3. 最简单的串口通信形式之一
缺点：
1. 一次只能连接两个设备
结论
当您只有一个主设备和多个从设备时使用 SPI。SPI 被证明是一个更快的协议。如果您还有多个主设备，除了多个从设备，那么人们应该更喜欢使用 I2C 或 TWI 而不是 SPI。这也将减少要使用的电线数量。现在，如果您正在寻找设备到设备串行通信，那么 USART/UART 证明自己是最好的，因为它易于处理并广泛用于许多外围设备。
来源：电子资料库
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