单片机上SPI和IIC的区别

news2025/2/11 20:12:02

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：

— 在这里插入图片描述

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);
}