打工人日报#20251202

2C 和 SPI 并非随便选择几个引脚然后设置时序就能实现，虽然从原理上理解它们基于特定时序通信，但实际应用中有诸多限制与要求：

I2C

引脚特性

SCL（时钟线）和 SDA（数据线）：I2C 标准规定使用这两根线进行通信。在大多数微控制器中，通常有特定的引脚被指定为 I2C 功能引脚，这些引脚具备开漏输出特性 。开漏输出意味着引脚只能拉低电平，高电平需要通过上拉电阻到电源来实现。例如，STM32 系列微控制器，有专门的 I2C 外设引脚，如 PB6（SCL）和 PB7（SDA）可作为 I2C1 的默认引脚。

上拉电阻：由于 I2C 引脚的开漏特性，必须接上拉电阻。上拉电阻的值通常在 1kΩ - 10kΩ 之间，常见取值为 4.7kΩ。上拉电阻的作用是在总线空闲时将 SCL 和 SDA 线拉高到高电平，确保信号的正常传输和电平状态的稳定。

时序要求严格

起始和停止条件：起始条件是当 SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变；停止条件是当 SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变。这些条件的时序要求非常精确，例如起始条件下 SCL 高电平期间 SDA 的电平变化必须在规定的时间内完成，否则从设备可能无法正确识别起始信号。

数据传输：数据在 SCL 的低电平期间改变，在 SCL 高电平期间保持稳定以供从设备采样。每个数据位的传输都要严格遵循这种时序，并且数据传输的速率也有规定，标准模式下速率为 100kbps，快速模式为 400kbps，高速模式可达 3.4Mbps，不同模式对时序的要求不同。

SPI

引脚功能特定

MOSI（主机输出从机输入）、MISO（主机输入从机输出）、SCK（串行时钟）和 SS（从机选择）：SPI 通信至少需要这四根线（有些简单应用中可能会共享某些线）。在不同的微控制器中，这些信号通常对应特定的引脚。例如，Arduino 的 SPI 通信，MOSI 对应 D11 引脚，MISO 对应 D12 引脚，SCK 对应 D13 引脚，SS 引脚可根据实际连接的从设备选择不同引脚。

引脚复用：很多微控制器的引脚具有复用功能，SPI 相关引脚可能会与其他外设功能复用。例如，在一些芯片中，SPI 的 SCK 引脚可能同时也能作为普通 GPIO 或者其他通信接口的时钟引脚，这就需要通过配置寄存器来选择使用 SPI 功能。

时序模式多样

四种工作模式：SPI 有四种工作模式，由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定。CPOL 决定时钟空闲时的电平状态（0 为低电平空闲，1 为高电平空闲），CPHA 决定数据采样的时钟沿（0 为在时钟的第一个沿采样，1 为在时钟的第二个沿采样）。主机和从机必须配置为相同的工作模式才能正常通信，例如主机设置为 CPOL = 0，CPHA = 0 模式，从机也需要设置为相同模式。

速率限制：SPI 的数据传输速率取决于主机的时钟发生器和相关寄存器配置，同时也受到硬件电路和从设备的限制。过高的传输速率可能会导致信号失真、数据传输错误等问题，例如在长距离传输或者连接低速从设备时，需要适当降低传输速率。

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