Arduino常用的三种通信协议 2

下面我们还是用两块Arduino来实践一下如何利用I2C协议来传输数据。如图连接好两块Arduino：

一台我们作为主设备(Master)，烧录以下代码：

#include 


void setup() {
 Serial.begin(9600); /* begin serial comm. */
 Wire.begin(); /* join i2c bus as master */
 Serial.println("I am I2C Master");
}


void loop() {
 Wire.beginTransmission(8); /* begin with device address 8 */
 Wire.write("Hello Slave");  /* sends hello string */
 Wire.endTransmission();    /* stop transmitting */


 Wire.requestFrom(8, 9); /* request & read data of size 9 from slave */
 while(Wire.available()){
    char c = Wire.read();/* read data received from slave */
  Serial.print(c);
 }
 Serial.println();
 delay(1000);
}

另一块作为从设备(Slave)，烧录以下代码：

#include 


void setup() {
 Wire.begin(8);                /* join i2c bus with address 8 */
 Wire.onReceive(receiveEvent); /* register receive event */
 Wire.onRequest(requestEvent); /* register request event */
 Serial.begin(9600);           /* start serial comm. */
 Serial.println("I am I2C Slave");
}


void loop() {
 delay(100);
}


// function that executes whenever data is received from master
void receiveEvent(int howMany) {
 while (0 char c = Wire.read();      /* receive byte as a character */
    Serial.print(c);           /* print the character */
  }
 Serial.println();             /* to newline */
}


// function that executes whenever data is requested from master
void requestEvent() {
 Wire.write("Hi Master");  /*send string on request */
}

这样，我们就实现了主从设备的双向传输。打开主机Arduino的串口监视器我们可以看见如下的输出：

从机Arduino的串口输出：

I2C虽然只需要两根线，就能支持多主机多从机的数据传输，但由于只有一根用于数据传输，它通过在“接收”和“传输”两种状态之间但切换实现了双向传输，但牺牲了不少传输速率。I2C还有典型的开漏问题，总线需要加上拉电阻。

SPI协议

最后，我们来看一下SPI协议。SPI全称Serial Peripheral Interface(串行外设接口)，由摩托罗拉公司提出的一种同步串行数据传输协议。SPI类似I2C也是同步通信的协议，但是全双工，支持数据的同时输出和输入。这两个特征使SPI的传输速率比UART和I2C都高，这对于像SD卡、或者屏幕等数据型模块来说，是非常具有优势的。

SPI支持一主多从的模式，但SPI也是三种协议中需要线最多的协议，一共需要4条信号线：

但Arduino UNO默认的SPI引脚分别为D13(SCK), D12(MISO), D11(MOSI), D10(SS)，其中SS是从机选择引脚，没有强制要求，你也可以选其他的引脚。

同样，我们来实践一下用SPI实现数据传输。

如图连接好两块Arduino UNO。还是一块作为主机(Master), 另一块作为从机(Slave)。Arduino对SPI协议也做了类封装：

https://www.arduino.cc/en/reference/SPI

主机烧录以下代码：

#include 


void setup (void)
{
  Serial.begin(115200);
  digitalWrite(SS, HIGH);
  SPI.begin ();
  SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8);
}


void loop (void)
{
  char c;
  // enable Slave Select
  digitalWrite(SS, LOW);    // SS is pin 10
  // send test string
  for (const char * p = "Hello, world!\\n" ; c = *p; p++) {
    SPI.transfer (c);
    Serial.print(c);
  }
  // disable Slave Select
  digitalWrite(SS, HIGH);
  delay (1000);
}

从机烧录：

#include 
char buf [100];
volatile byte pos;
volatile boolean process_it;

void setup (void)
{
  Serial.begin (115200);   // debugging
  // turn on SPI in slave mode
  SPCR |= bit (SPE);
  // have to send on master in, *slave out*
  pinMode(MISO, OUTPUT);
  // get ready for an interrupt
  pos = 0;   // buffer empty
  process_it = false;
  // now turn on interrupts
  SPI.attachInterrupt();
}  // end of setup


// SPI interrupt routine
ISR (SPI_STC_vect)
{
  byte c = SPDR;  // grab byte from SPI Data Register
  // add to buffer if room
  if (pos < sizeof buf)
  {
    buf [pos++] = c;
    // example: newline means time to process buffer
    if (c == '\\n')
      process_it = true;
  }  // end of room available
}  // end of interrupt routine SPI_STC_vect

// main loop - wait for flag set in interrupt routine
void loop (void)
{
  if (process_it)
  {
    buf [pos] = 0;
    Serial.println(buf);
    pos = 0;
    process_it = false;
  }  // end of flag set

}  // end of loop

这样从机就能接受到主机发过来的消息了。

总结

今天，我们粗略地介绍了一下Arduino数据通信中最常用的三种协议：UART、I2C和SPI。

| **协议

** | **通信方式

** | **通信方向

** | **信号线

** | **传输速率

** | **主从模式

**
UART
异步
全双工	2线RX、TX	最低
一对一
I2C
同步
半双工
2线SDA、SCL，以地址选择从机	低
多主机多从机
SPI
同步
全双工	4线MOSI、MISO、SCLK、CS(或SS)，以CS选择从机	高
一主多从

它们各自都有自己的优缺点和适用的场景，并没有绝对的好坏，这也是这三种协议经久不衰的原因。只有了解并掌握它们，我们才能在具体的应用场景里选择最合适的协议。当然在嵌入式世界里，还有其他很多协议，小编以后再介绍吧。如果对这三种协议的底层感兴趣的朋友，也可以自己再去深入了解。