总线I2C和SPI要怎么选择？

IIC vs SPI

现如今，在中低端数字通信系统主要用途，大家经常可以看到IIC （Inter-Integrated Circuit） 和 SPI （Serial Peripheral Interface）的影子。缘故是这二种通讯协议特别适合近距低速档集成ic间通信。Philips（for IIC）和Motorola（for SPI） 出自于不一样环境和市场前景制订了这二种规范通讯协议。

为了更好地节约微处理器的管脚和和附加的逻辑性集成ic，使印刷线路板更简易，成本费更低，坐落于西班牙的Philips试验室开发设计了 ‘Inter-Integrated Circuit’，IIC 或 IIC ，一种只应用二根线连续全部外部集成ic的串口通信协义。最开始的规范界定系统总线速率为100kbps。历经几回修定，主要是1995年的400kbps，1998的3.4Mbps。

有现象表明，SPI系统总线初次发布是在1979年，Motorola企业将SPI系统总线集成化在她们第一支改自68000微控制器的微处理器集成ic上。SPI系统总线是微处理器四线的外界系统总线（相对性于內部系统总线）。与IIC不一样，SPI沒有密文规范，仅仅一种事实标准，对通讯实际操作的完成只作一般的抽象性叙述，集成ic生产商与推动开发人员根据data sheets和application notes沟通交流完成上的关键点。

SPI

针对有工作经验的数据电子工程师而言，用SPI互连两只数据机器设备是非常形象化的。SPI是种四根电源线协义（如下图）：

SCLK： Serial Clock （output from master）;

MOSI; SIMO： Master Output， Slave Input（output from master）;

MISO; SOMI： Master Input， Slave Output（output from slave）;

SS： Slave Select （active low， outputfrom master）。

SPI是［单关键设备（ single-master ）］通讯协议，这代表着系统总线中的仅有一支核心机器设备能进行通讯。当SPI关键设备想报/写［从机器设备］时，它最先降低［从机器设备］相匹配的SS线（SS是低电频合理），然后逐渐推送工作中单脉冲到钟表网上，在对应的单脉冲時间上，［关键设备］把数据信号发至MOSI完成“写”，与此同时可对MISO取样而完成“读”，如下图：

SPI有四种实际操作方式——方式0、方式1、方式2和方式3，他们的区分是界定了在脉冲发生器的哪个边缘变换（toggles）导出数据信号，哪个边缘取样键入数据信号，也有脉冲发生器的平稳脉冲信号值（便是时钟信号失效时是高還是低）。每一种方式由一对主要参数描绘，他们称之为钟表极（clock polarity）CPOL与钟表期（clock phase）CPHA。

［主从关系机器设备］务必应用同样的运行主要参数——SCLK、CPOL 和 CPHA，才可以正常的工作中。如果有好几个［从机器设备］，而且他们应用了不一样的运行主要参数，那麼［关键设备］务必在读写能力不一样［从机器设备］间重新部署这种主要参数。以上SPI系统总线协义的具体内容。SPI不要求较大传输速度，沒有详细地址计划方案；SPI也没要求通讯回复体制，沒有要求流控制标准。实际上，SPI［关键设备］乃至并不了解特定的［从机器设备］是不是存有。这种通讯操纵都得根据SPI协义之外自主完成。比如，得用SPI联接一支［指令-回应操纵型］编解码集成ic，则务必在SPI的根基上完成更高等级的通讯协议。SPI并不关注物理学插口的电气设备特点，比如数据信号的规范工作电压。在最开始，大部分SPI运用全是应用间隔性脉冲发生器和以字节数为企业传送数据的，但现在有许多变异完成了持续性時间单脉冲和随意长短的数据帧。

IIC

与SPI的单关键设备不一样，IIC 是多关键设备的系统总线，IIC沒有物理学的集成ic挑选电源线，沒有诉讼逻辑性电源电路，只应用两根电源线—— ‘serial data’ （SDA） 和 ‘serial clock’ （SCL）。IIC协义要求：

第一，每一支IIC机器设备都是有一个唯一的七位机器设备详细地址；

第二，数据帧尺寸为8位的字节数；

第三，数据信息（帧）中的一些数据位用以操纵通讯的逐渐、终止、方位（读写能力）和回复体制。

IIC 数据信息传输速度有标准模式（100 kbps）、迅速方式（400 kbps）和快速方式（3.4 Mbps），此外一些变异完成了低速档方式（10 kbps）和迅速 方式（1 Mbps）。

物理学完成上，IIC 系统总线由二根电源线和一根接地线构成。二根电源线全是双重传送的，参照下面的图。IIC协义标准进行通讯的机器设备称为主导机器设备，关键设备进行一次通讯后，其他机器设备均为从机器设备。

IIC 通讯全过程大约如下所示。最先，关键设备发一个START数据信号，这一数据信号如同对全部其他机器设备喊：请大伙儿留意！随后其他机器设备逐渐监视系统总线以提前准备读取数据。然后，关键设备推送一个7位机器设备详细地址加一位的存取数据的数据帧。当所机器设备读取数据后，核对详细地址自身是不是总体目标机器设备。假如核对不符合，机器设备进到等候情况，等候STOP数据信号的到来；假如核对相符合，机器设备会推送一个回复数据信号——ACKNOWLEDGE作回复。

当关键设备接到回复后便逐渐传输或读取数据。数据帧尺寸为8位，跟随一位的回复数据信号。关键设备传送数据，从机器设备回复；反过来关键设备接数据信息，关键设备回复。当数据信息传输结束，关键设备推送一个STOP数据信号，向其他机器设备宣布释放出来系统总线，其他机器设备返回初始值。

根据IIC系统总线的物理学构造，系统总线上的START和STOP数据信号必然是唯一的。此外，IIC系统总线标准SDA线的数据交换务必在SCL线的低电频期，在SCL线的高电平期，SDA线的上数据信息是比较稳定的。

在物理学完成上，SCL线和SDA线全是漏极引路（open-drain），根据下拉电阻器另加一个电压源。当把路线接地装置时，路线为方式0，当释放出来路线，路线空余时，路线为逻辑性1。根据这种特点，IIC机器设备对系统总线的实际操作仅有“把路线接地装置”——导出逻辑性0。

IIC系统总线设计方案只应用了两条线，但非常大气地完成随意数额机器设备间无缝拼接通讯，称得上极致。大家假设一下，如果有两只机器设备与此同时向SCL线和SDA线发送短信会发生什么原因。

根据IIC系统总线的设计方案，路线上不太可能发生脉冲信号矛盾状况。假如一支机器设备推送逻辑性0，其他推送逻辑性1，那麼路线见到的仅有逻辑性0。换句话说，假如发生脉冲信号矛盾，推送逻辑性0的一直是“大赢家”。

系统总线的物理学构造亦容许关键设备在往系统总线写数据信息的与此同时接收数据。那样，一切机器设备都能够检验矛盾的产生。当两只关键设备市场竞争系统总线的情况下，“大赢家”并不了解市场竞争的产生，仅有“失败者”发觉了矛盾——当它写一个逻辑性1，却看到0时——而撤出市场竞争。

10位机器设备详细地址

一切IIC机器设备都是有一个7位详细地址，理论上，实际中只有有127种不一样的IIC机器设备。事实上，已经有IIC的机器设备类型远远地超过这一限定，在一条系统总线上发生一样的详细地址的IIC机器设备的几率非常高。为了更好地提升这一限定，许多机器设备应用了双向详细地址——7位详细地址加管脚详细地址（external configuration pins）。IIC 规范也预料了这类限定，明确提出10位的详细地址计划方案。

10位的详细地址计划方案对 IIC协义的不良影响有二点：

第一，详细地址帧为2个字节数长，原先的是一个字节；

第二，第一个字节数前五位最大合理位作为10位详细地址标志，承诺是“11110”。

除开10位详细地址标志，规范还留有了一些地址码作为其他主要用途，如下所示表：

钟表拉申

在 IIC 通讯中，关键设备决策了钟表速率。由于脉冲发生器数据信号是由关键设备显式传出的。可是，当从机器设备没法紧跟关键设备的速率时，从机器设备必须一种体制来要求关键设备慢一点。这类体制称之为钟表拉申，而根据I²C设计的独特性，这类体制获得完成。当从机器设备必须减少传送的速率的情况下，它可以按住钟表线，迫使关键设备进到等候情况，直到从机器设备释放出来钟表线，通讯才再次。

快速方式

基本原理上讲，应用上拉电阻来设定逻辑性1会限定系统总线的较大传输速率。而速率是限定系统总线运用的原因之一。这也表明为何要引进快速方式（3.4 Mbps）。在进行一次快速方式传送前，关键设备务必先在低速档的方式下（比如迅速方式）传出特殊的“High Speed Master”数据信号。为减少数据信号的周期时间和提升系统总线速率，快速方式务必应用附加的I/O缓冲区域。此外，系统总线诉讼在快速方式下可屏蔽。大量的信息内容请参加系统总线规范文本文档。

IIC vs SPI： 哪一位是大赢家？

大家来对照一下IIC 和 SPI的一些关键环节：

第一，系统总线网络拓扑结构/数据信号路由器/硬件平台消耗

IIC 只需二根电源线，而规范SPI最少四根数据信号，如果有好几个从机器设备，数据信号必须大量。一些SPI变异尽管只应用三根线——SCLK， SS和双重的MISO/MOSI，但SS线或是要和从机器设备一对一根。此外，假如SPI要完成多关键设备构造，系统总线系统软件需附加的逻辑关系和路线。用IIC 搭建系统总线唯一的问题是有局限的7位详细地址室内空间，但这个问题新标准早已处理——应用10位详细地址。从第一点上看，IIC是显著的大嬴家。

第二，数据信息吞吐/传输速率

假如运用中务必应用快速传输数据，那麼SPI是必定的挑选。由于SPI是双工，IIC 的并不是。SPI沒有界定网速限制，一般的完成通常能做到乃至超出10 Mbps。IIC 最大的速率也就迅速 方式（1 Mbps）和快速方式（3.4 Mbps），后边的方式还必须另外的I/O缓冲区域，还并并不是一直非常容易完成的。

第三，雅致性

IIC 常被称更雅致于SPI。公平的说，大家更偏向于觉得二者同样雅致和健硕。IIC的雅致取决于它的特点——用很轻柔的构架完成了多关键设备诉讼和机器设备路由器。可是对应用的技术工程师而言，了解系统总线更费力，并且系统总线的特性不高。

SPI的特点取决于它的构造非常的形象化简易，非常容易完成，而且有非常好扩展性。SPI的简易性不够称其雅致，由于得用SPI构建一个有价值的通讯平台，还必须在SPI以上搭建特殊的通讯协议APP。换句话说要想得到SPI独有而IIC沒有的特征——快速特性，技术工程师们必须投入大量的工作。此外，这类自设的工作任务是彻底任意的，这也表明为何SPI沒有官方网规范。IIC和SPI都对低速档机器设备通讯带来了不错的适用，但是，SPI合适数据流分析运用，而IIC更合适“字节数机器设备”的多关键设备运用。

总结

在数据通讯协议簇中，IIC和SPI常称之为“小”协义，相对性Ethernet， USB， SATA， PCI-Express等传输速率达数百人过千兆字节每秒钟的系统总线。可是，大家不能忘记的是各种各样系统总线的主要用途有哪些。“大”协义是用以系统软件外的全部系统软件中间通讯的，“小”协义是用以系统软件内各集成ic间的通讯，沒有征兆表明“大”协义必须替代“小”协义。IIC和SPI的出现和受欢迎展现了“足够就行”的哲学思想。回复文首，IIC和SPI这般受欢迎，它是一切一位嵌入式工程师必不可少的专用工具。

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