单片机上SPI和IIC的区别

SPI(Serial Peripheral Interface)和I²C(Inter-Integrated Circuit)是两种常用的嵌入式外设通信协议,它们各有优缺点,适用于不同的场景。以下是它们的详细对比:

1. 基本概念

SPI(Serial Peripheral Interface)
  • 特点:全双工、高速、同步串行通信协议。
  • 通信方式:主从模式,通常由一个主设备和一个或多个从设备组成。
  • 信号线
  • SCLK(Serial Clock):时钟信号,由主设备产生。
  • MOSI(Master Out Slave In):主设备发送数据,从设备接收数据。
  • MISO(Master In Slave Out):从设备发送数据,主设备接收数据。
  • SS/CS(Slave Select/Chip Select):片选信号,用于选择从设备。
  • I²C(Inter-Integrated Circuit)
  • 特点:半双工、低速、同步串行通信协议。
  • 通信方式:主从模式,支持多主设备和多从设备。
  • 信号线
  • SCL(Serial Clock):时钟信号,由主设备产生。
  • SDA(Serial Data):双向数据线,用于发送和接收数据。

  • 2. 主要区别

    特性 SPI I²C
    通信方式 全双工 半双工
    信号线数量 4条(SCLK、MOSI、MISO、SS/CS) 2条(SCL、SDA)
    速度 高速(通常可达几十MHz) 低速(标准模式100kHz,快速模式400kHz)
    设备寻址 通过硬件片选(SS/CS)选择从设备 通过软件地址选择从设备(7位或10位地址)
    多设备支持 需要多个片选信号 支持多主设备和多从设备
    硬件复杂度 较高(需要更多引脚) 较低(引脚少,硬件简单)
    协议复杂度 简单(无复杂的协议规则) 较复杂(需要地址、ACK/NACK等机制)
    功耗 较高(高速通信) 较低(低速通信)
    应用场景 高速数据传输(如存储器、显示器) 低速设备控制(如传感器、EEPROM)

    3. 优缺点对比

    SPI的优点
  • 高速通信,适合大数据量传输。
  • 全双工通信,数据可以同时发送和接收。
  • 协议简单,易于实现。
  • SPI的缺点
  • 需要较多的引脚(每个从设备需要一个片选信号)。
  • 不支持多主设备。
  • 硬件复杂度较高。
  • I²C的优点
  • 引脚少,硬件设计简单。
  • 支持多主设备和多从设备。
  • 适合低速设备控制。
  • I²C的缺点
  • 通信速度较慢。
  • 协议较复杂,需要处理地址、ACK/NACK等机制。
  • 总线长度受限,抗干扰能力较弱。

  • 4. 典型应用场景

    SPI
  • 存储器:如Flash、EEPROM。
  • 显示器:如OLED、TFT屏幕。
  • 传感器:如高速ADC、DAC。
  • I²C
  • 传感器:如温度传感器、加速度计。
  • EEPROM:如存储配置数据。
  • 低速外设:如RTC(实时时钟)、GPIO扩展器。

  • 5. 选择建议

  • 选择SPI

  • 需要高速数据传输。
  • 通信距离较短。
  • 引脚资源充足。
  • 选择I²C

  • 引脚资源有限。
  • 需要连接多个低速设备。
  • 通信距离较短且干扰较小。

  • 6. 示例代码

    SPI通信示例(Arduino)
    #include <SPI.h>
    
    void setup() {
      SPI.begin(); // 初始化SPI
      digitalWrite(SS, HIGH); // 禁用从设备
    }
    
    void loop() {
      digitalWrite(SS, LOW); // 选择从设备
      byte received = SPI.transfer(0x55); // 发送数据并接收响应
      digitalWrite(SS, HIGH); // 禁用从设备
      delay(1000);
    }
    
    I²C通信示例(Arduino)
    #include <Wire.h>
    
    void setup() {
      Wire.begin(); // 初始化I²C
    }
    
    void loop() {
      Wire.beginTransmission(0x50); // 开始传输,指定从设备地址
      Wire.write(0x00); // 发送数据
      Wire.endTransmission(); // 结束传输
    
      Wire.requestFrom(0x50, 1); // 请求从设备发送1字节数据
      byte received = Wire.read(); // 读取数据
      delay(1000);
    }
    

    通过以上对比,可以根据具体需求选择合适的通信协议。如果需要高速数据传输,SPI是更好的选择;如果需要连接多个低速设备且引脚资源有限,I²C更为合适。

    作者:鹿屿二向箔

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