一文看懂I2C和SPI通信协议

judy 在 周五, 03/24/2023 - 09:43 提交

作者：观海听涛，文章来源：玩转单片机与嵌入式微信公众号

有很多串行通信协议，但其中I2C和SPI非常有名。I2C 和 SPI 都是总线协议，允许用户进行短距离的串行数据传输。I2C是飞利浦（现在是NXP）制造的两线通信，而SPI是摩托罗拉制造的。

这两种协议通常用于智能手机、电视和笔记本电脑等电子设备中，以控制电源管理芯片、存储设备、输入设备等外围设备。

在本文中，我们讨论一下I2C和SPI之间的区别。

一：什么是I2C

I2C 是一种串行通信协议。它为慢速设备提供了很好的支持，例如EEPROM、ADC和RTC等。I2c不仅可以在单板使用，还可通过电缆与板连接的其他外部组件一起使用。

I2C是一种两线通信协议。它仅使用两根线进行通信。其中一根线用于数据（SDA），另一根线用于时钟（SCL）。

在 I2C 中，两条总线都是双向的，这意味着主机能够发送和接收来自从机的数据。时钟总线由主机控制，但在某些情况下，从机也能够抑制时钟信号。

二：I2C协议的优点

I2C 协议有很多优点，使得用户在很多应用中不得不使用 I2C 协议。

  • 它是同步通信协议，因此主从不需要精确的振荡器。
  • 它只需要两根线，一根用于数据 (SDA)，另一根用于时钟 (SCL)。
  • 它为用户提供了根据要求选择传输速率的灵活性。
  • 在 I2C 总线中，总线上的每个设备都是可独立寻址的。
  • 它遵循主从关系。
  • 它能够处理 I2C 总线上的多个主机和多个从机。
  • I2C 具有一些重要功能，例如仲裁、时钟同步和时钟延长。
  • I2C 提供 ACK/NACK（确认/未确认）功能，可帮助处理错误。

    • 三：I2C总线的缺点

    I2C 协议有很多优势，但除此之外，I2C也会存在缺点。

  • 由于开漏拓扑，它比其他串行通信总线消耗的功率更多。
  • 它只适用于短距离。
  • I2C 协议对从机的数量有一定的限制，从机的数量取决于 I2C 总线的电容。
  • 它只提供一些有限的通信速度，如 100 kbit/s、400 kbit/s 等。
  • 在 I2c 中，设备可以设置它们的通信速度，并且在运行时需要等待应答信号等，运行速度较慢的设备可能会延迟速度较快的设备的运行。

    • 四：什么是SPI？

    SPI（serial peripheral interface）是基于四线的全双工通信协议，这些线通常被称为 MOSI（master out slave in）、MISO（master in slave out）、SCL（由 master 产生的串行时钟）和 SS（slave 选择线，用于在通信期间选择特定从站）。

    SPI 遵循主从架构，通信始终由主机启动。与 I2C 一样，它也是一种同步通信协议，因为时钟由主机和从机共享。

    SPI 仅支持多从机不支持多主机，从机由从机选择信号选择。在 SPI 中，通信期间数据从主机移出并通过移位寄存器移入从机，反之亦然。

    五：SPI通信的优点

    总结的SPI通信协议的优点如下：

  • 没有开始位和停止位，因此数据可以连续流式传输而不会中断。
  • 它支持全双工。
  • 从设备中不需要精密振荡器，因为它使用主时钟。
  • 没有像 I2C 这样复杂的从机寻址系统。
  • 比 I2C 更高的数据传输速率（几乎快两倍）。
  • MISO和MOSI线分开，可以同时发送和接收数据。
  • 软件实现比较简单。

    • 六：SPI通信的缺点

  • 如果有多个从站进行通信，则接线会很复杂。
  • 使用四根线（I2C 和 UART 使用两根线）。
  • 没有确认数据已成功接收（I2C有）。
  • 没有像 UART 中的奇偶校验位那样的错误检查形式。
  • 它只允许一个主机。

    • 七：SPI和I2C的区别

    在嵌入式系统中，I2C和SPI都扮演着重要的角色。两种通信协议都是同步通信的例子，但仍然有一些重要的区别。

    在下表中，列出了SPI和I2C之间的一些常见差异。