一个不会硬件的机器学习研究者，不是一个好的软件工程师。

引子

我最近在学习STM32，正好学习到了通讯这一步，这一部分有一些很有意思的概念，抽象总结出来做个小记。

UART

UART是一个典型的串口通信协议。串口通信是一个典型的「点对点通信系统」，也就是说，这个系统能且只能支持两个设备彼此通信。

一个UART接口通常有四根线：VCC、GND、TX和RX，分别用于供电、接地、发送数据、接收数据。通常VCC和GND在两台设备之间要保持一致，这样能为两个设备带来相同的比较电压的方法。而TX线则要接到另一台设备的RX上，RX要接到TX上。

在通信之前，两台设备之间要商议好波特率（一秒传输多少数据）、数据包格式。数据包格式通常包括停止位、数据位和校验位。

空闲状态，两根数据线都保持高电平。当传输开始时，发送端要首先发送一个低电平，作为起始位，随后发送数据，低位优先，比如发送0x01，也就是00000001，要首先发送1。最后发送停止位，停止位通常是0.5、1、1.5、2，这里带小数可能难以理解，其实就是这样，0.5就是指停止位的持续时长是数据传输一个比特的时长的一半。停止位通常是将电平拉高。

I2C

UART看起来非常不错，但是也有着一个问题。如果只有两台设备还可以，如果设备一多，那么串口数量就要成倍增加，连接线的数量也要成倍增加。这个时候，就可以应用总线进行通讯，一个代表例子就是I2C总线。

I2C总线的核心是两根线，一根时钟线（SCL），一根数据线（SDA），每个外设引出两根引脚接在这两根线上。与此同时，SDA和SCL分别通过一个上拉电阻进行上拉，每一个外设中，要将推挽输入的上拉MOS管去掉，避免短路。结构如下：

SCL控制着「何时该读取信号」，由主设备控制。比如在单片机上，SCL通常是由单片机来控制的。当SCL为高电平时读取数据。在上图中，就是由微控制器控制。

当发送数据的时候，起始位、停止位、数据位规则如下：

起始位：SCL高时，SDA由高变低。
停止位：SCL高时，SDA由低变高。
数据位：SCL高时，SDA对应电平。

发送的时候，发送方首先要拉低SDA的电平，当发送一个起始位之后：

主机要发送一个七位的地址码，高位优先，比如发送0x80，也就是10000000，要先发送1，随后跟着一位读/写标志位，写置0，读置1，之后等待应答信号。
发送方释放SDA，SDA被上拉到高电平，从机发送0就代表收到。
随后是发送指令或寄存器地址，如果发送指令，发送完就发停止位即可，如果发送寄存器地址，就要等待应答信号，随后发送要存的内容，这里是和外设相关的。
发送停止位。

读取的时候，则主机会在读数据和应答位的时候，将SDA释放给发送方。

至于多主多从的模式，则要考虑到总线仲裁，这一点等到CAN总线的时候一并再讲。