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)
cpp 复制代码
#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)
cpp 复制代码
#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。

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