串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。
串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据
UART是通用异步收发传输器，使用RxD和TxD两根线实现异步全双工通信；为确保通信可靠，可以在通信两边接共地；因此，完整的UART通信只需最少3根线即可。
UART是串行通信，利用一条传输线（RX，TX）将数据按bit进行顺序传送，特点是通信线路简单，成本低，适用在需要远距离传输，但对速率要求不高的应用场景
RxD是发送数据线，TxD是接收数据线，通信双方使用交叉互联，RxD接对方TxD，TxD接对方RxD。UART使用标准的TTL/CMOS电平（05V，03.3V，02.5V，01.8V）来表示数据，高电平表示1，低电平表示0.为了增强抗干扰能力，提高传输长度，可将TTL/CMOS 电平转换为RS232电平逻辑电平，312V表示0，-3-12V表示1（RS232为负逻辑）
1）UART平时处于空闲状态，逻辑1状态。
2）当有数据发送时，先发送起始位，即将TxD拉低并维持1位时间，接收方在检测到起始位下降沿，等待1.5位后开始一位一位检测数据。
3）发送数据，UART数据一帧可以是5，6，7，8位等，一般是8bit，一个字节。数据发送是先发送低位，依次发送，直到最高位。
4）可以使用0或者1bit的校验位，校验位可以是奇校验或者偶检验。奇校验：数据加校验位中1的个数为奇数；偶校验：数据加校验位中1的个数为偶数。
5）最后是停止位，数据线恢复到空闲状态，停止位可以是1，1.5，2位。
UART传输的数据会被封装为数据包，数据包包含1bit起始位，5~8bit数据位（取决与设备UART的具体设置），一个奇偶校验位（可选），以及1个或2个停止位。
起始位：UART数据传输线在空闲时保持高电平，当设备发出低电平信号时，表示数据的开始。
停止位：UART数据传输线从低电平状态向高电平转换，不过至少需要持续两位数据的时间宽度，才表示整个数据包的传输已经结束。并且由于数据是在传输线上定时的，不同的设备之间可能时钟存在偏差，偏差的积累可能会导致数据位的传输错误，所以数据定时发出停止位可以有效校正时间的偏差，停止位越多，校正的效果越好。
数据位：数据位的宽度可能有5，6，7，8位，一般8位会用的比较广泛（跟ACSII码有关，一个ASCII字符为8bit）。
校验位：是UART中一种简单的检错方式，一般有四种校错方式：偶校验，奇校验，高校验，低校验。对于奇偶校验的情况，串口会设置校验位（数据位的后一位），用1bit来校验数据有偶数个还是奇数个的逻辑高电平。比如如果数据位为00011，偶校验位就是0，为了保证数据位+校验位总数偶数的个数加起来为偶数。不过，校验位不是必须有，属于可选项。
在停止位之后，可能还会有空闲位，空闲状态时的信号处于高电平，即“1”，表示当前线路上没有数据传输。所以停止位开始的时候就能被有效检测到。
UART传输速率较慢，一般在20kbit/s到10Mbit/s之间，低速率的情况被使用的更多。
与UART不同，I2C 是同步半双工通信协议。I2C使用SCL，SDA两根双向数据线进行通信，同时为了支持线与逻辑，需要使用开漏输出，同时使用上拉电阻；上拉电阻大小常见的有1.8K，4.7K，10K；在低速场合，为了降低功耗，可以使用10K上拉电阻，1.8K的上拉电阻具有最好的性能，可满足较高速的应用。I2C常见的通信速率有普通：100K，快速：400K，高速：3.4M。I2C最大的从机数量受从机地址和最大总线电容400pF电容的限制。I2C的数据帧格式如下：
开始位 | 7bit从机地址 | 1bit读写方向位（0写，1读） | 1bit应答 | 8bit数据1 | 1bit应答1| 。… | 8bit数据N |1bit非应答N | 停止位 。
空闲状态：空闲时，SCL，SDA同时处于高电平。此时，各器件的输出场效应管处于截止状态，释放总线，总线信号由上拉电阻上拉至高电平。
开始START:SCL为高电平时，SDA有下降沿。
数据传输：数据传输已字节为单位，第一个字节表示从机地址+读写方向，后续数据格式由器件自己定义。数据传输中，SDA的只能在SCL低电平时变化，并在SCL上升沿进行数据采样。
应答：每发送一个字节后，接收方必须回应答信号ACK，但发送最后一个字节后，回非应答信号NACK。
停止STOP ：SCL为高电平时，SDA有上升沿。
握手机制：I2C提供握手机制，当主机速度太快而从机无法满足快速通信时，从机可以拉低SCL来与主机握手，从而延长SCL低电平的时间。（SCL高电平由所有器件发出最短的高电平决定，低电平则有低电平最长的决定）。
仲裁：SDA是线与逻辑，因此，只要有一端输出低，总线就为低电平，因此是低电平优先仲裁。仲裁规则是发送低电平个数多的主机获得总线权。
由于I2C通信的方向性，在一次通信中不能改变数据流方向，因此读过程中需要一次dummy写过程：
dummy写完后，在restart，然后将数据流方向改为读，接着就可以读取从机数据内容了。
SPI是同步全双工串行通信协议。SPI定义了4根信号线：
SCK：时钟线，主机提供
MISO：主入从出
MOSI：主出从入
SS：片选。
片选信号可选，因此通信最少需要3根信号线。SPI在时钟上升沿下进行双向数据交换，主机在输出的同时，也会接收到从机的数据。在设计上，主机从机均需要一个移位寄存器。SPI不区分读写方向，只进行数据交换，要读也必须写，才能将数据交换过来。
SPI通过时钟极性和时钟相位定义了4种通信模式：
时钟极性CPOL：0：空闲时SCK为0，1：空闲时SCK为1.
时钟相位CPHA：0：数据在第一个时钟跳沿采样（可能是上升沿，可能是下降沿，与CPOL有关），1：数据在第二个时钟跳沿采样（可能是上升沿，可能是下降沿，与CPOL有关）。
若在上沿采样，则数据在下沿输出，因此数据能够稳定的被采样。
