IIC与SPI通信协议对比-优快云博客

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本人是初学者，非常希望与大家交流。

想象一下你是个芯片老大，要指挥手下的小弟（其他芯片）干活。怎么给小弟们发命令、收情报呢？这时就需要通信协议—— IIC 和 SPI。

1. IIC（也叫 I²C）：两线制的“电话会议系统”

核心特点： 只用两根线！
- SDA (数据线)： 像电话听筒，既能说又能听，但不能同时（半双工）。
- SCL (时钟线)： 像电话铃声/节拍器，老大负责摇铃铛📢，告诉大家“注意！现在开始传消息了！1，2，1，2...”
怎么工作？
- 老大点名： 老大（主设备）先摇铃铛（SCL），然后在SDA线上喊：“喂喂喂！地址是0x68的小弟（从设备）在吗？我要跟你说话啦！”（广播一个唯一的设备地址）。
- 小弟应答： 地址匹配的小弟会回一声：“在呢老大！”（发送一个应答信号）。
- 传纸条/听汇报： 然后老大就可以通过这根SDA线，按照SCL的节奏，要么给小弟发命令（写数据），要么听小弟汇报情况（读数据）。一次只能一个人说话。
- 多个小弟： 所有小弟都挂在同一对 SDA 和 SCL 线上。老大靠点名（设备地址）找到特定小弟。就像开电话会议，大家都能听到铃响和点名，但只有被点到名的才能说话。
优点：
- 省线省钱！ 接再多的设备也只需要两根线，电路板走线清爽。
- 有地址，好管理。 理论上可以挂很多设备（地址不冲突就行）。
缺点：
- 速度慢点。 因为要等点名、应答，而且一根线来回传数据。
- 容易“串线”。 一根线上挂太多设备或者线路太长，信号可能变差。
- 老大累。 时钟SCL必须由老大（主设备）产生，小弟不能主动摇铃铛。
适合场景： 速度要求不高，设备不太多，成本敏感的地方。比如：读取温度传感器、光照传感器、EEPROM（小存储器）的数据。

形象比喻：IIC 就像一个“电话会议群聊”

只有一个人（主设备）能主持（发起通话、控制时钟）。
主持人点名（发地址）呼叫特定参会者（从设备）。
大家共用一条语音线路（SDA），同一时间只能一个人说话或听（半双工）。
主持人用另一个铃声（SCL）统一节奏。

2. SPI：四线制的“点对点高速专线”

核心特点： 一般用四根线！（有时三根）
- MOSI (Master Out Slave In)： 老大说，小弟听 的专属通道。
- MISO (Master In Slave Out)： 小弟说，老大听 的专属通道。
- SCLK (时钟 Clock)： 老大负责摇铃铛📢，统一数据节奏（和IIC的SCL作用一样）。
- CS/SS (片选 Chip Select / Slave Select)： 点名专用线！ 老大想和哪个小弟说话，就单独拉一下（通常是拉低）连到那个小弟的这根线，意思是：“喂！你！就你！注意听/说！”
怎么工作？
- 老大指人： 老大决定要和哪个小弟A说话，就拉低小弟A的CS线（其他小弟的CS保持高电平，让它们“睡觉”别听）。
- 同时开聊！ 老大一边在MOSI线上给小弟A发命令（说），一边在MISO线上听小弟A的回复（听），两边同时进行（全双工）！ SCLK线一直在摇，同步两边数据的收发节奏。
- 换人： 老大说完A，把A的CS线拉高（“好了你歇着吧”），再拉低小弟B的CS线，开始和小弟B说话。
优点：
- 速度飞快！ 有独立通道，能同时收发，时钟频率通常比IIC高很多。
- 连接简单直接。 点对点连接，信号干扰小，更稳定。
- 全双工，效率高。 能一边下命令一边收结果。
缺点：
- 费线！ 每增加一个设备，老大就需要多一根CS线来控制它！挂4个设备就需要4根CS线 + 3根公共线（MOSI, MISO, SCLK）= 7根线！布线可能变复杂。
- 没地址。 全靠CS线物理点名。
- 标准稍松散。 具体怎么传数据（比如数据位顺序、时钟极性等）细节上可能略有不同，需要看芯片手册配置。
适合场景： 对速度要求高，数据量大，设备相对较少的地方。比如：驱动显示屏、读写SD卡、连接高速ADC/DAC（模数/数模转换器）、连接无线模块（WIFI, 蓝牙芯片）。

形象比喻：SPI 就像“老大和小弟开私聊小灶”

老大（主设备）是中心。
每个小弟（从设备）都有自己专属的“收命令通道”（MOSI）、“汇报通道”（MISO）和“点名铃”（CS）。
老大想和谁私聊，就按谁的专属点名铃（拉低CS）。
私聊时，老大可以对着小弟的耳朵（MOSI）快速下命令，同时小弟也能对着老大的耳朵（MISO）快速汇报，两边同时说同时听（全双工）！ 老大还用另一个铃铛（SCLK）指挥两人说话的节奏。
老大一次只和一个小弟私聊（通过CS选择）。

总结：关键区别一目了然

特点	IIC (电话会议)	SPI (私聊小灶)
线数	少 (2根：SDA, SCL)	多 (通常4根：MOSI, MISO, SCLK, CS/SS)
点名方式	喊地址 (广播+应答)	拉专线 (CS/SS 物理选择)
数据通道	1根线来回用 (半双工)	2根独立线 (全双工，可同时收/发)
速度	较慢	很快
设备扩展	容易 (地址区分)，但总线负载有限	费线 (每加一设备多一根CS线)
复杂度	协议稍复杂 (地址、应答)	硬件连线稍多，协议相对直接
典型应用	传感器、小存储器、低速控制	显示屏、存储器卡、高速ADC、无线模块

再浓缩成一句话：

IIC 是“省线省钱开大会，点名叫号慢慢聊”；
SPI 是“多线高速开小灶，指谁跟谁同时唠”！

现在是不是感觉它们就像两个性格迥异的通信小能手啦？下次在电路图上看到它们，想想谁是开大会的，谁是开小灶的，就明白啦！

示例1：IIC通信 - 控制OLED显示屏

#include <Wire.h>       // IIC通信必备库（电话会议系统）
#include <Adafruit_SSD1306.h> // OLED显示屏库

// 设置OLED参数（128x64分辨率）
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_ADDR 0x3C // OLED地址（相当于电话号码）

// 创建OLED对象（初始化电话会议系统）
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  // 尝试启动IIC通信（拨打电话）
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR)) {
    Serial.println("IIC连接失败！检查接线");
    while(1); // 卡死在这里
  }
  
  Serial.println("IIC连接成功！开始电话会议...");
  
  // 清屏（挂断之前的通话）
  display.clearDisplay();
  
  // 设置字体（选择说话语气）
  display.setTextSize(2);         // 字体大小
  display.setTextColor(WHITE);    // 字体颜色
  
  // 设置光标位置（指定说话位置）
  display.setCursor(10, 20);
  
  // 发送数据（开始说话）
  display.println("Hello IIC!");  // 说"Hello IIC!"
  
  // 显示内容（挂上听筒结束通话）
  display.display();
}

void loop() {
  // 这里不需要重复操作
}

代码解释（IIC版）：

包含库：Wire.h是Arduino的IIC库（电话会议系统）
地址设置：0x3C是OLED的固定地址（相当于电话号码）
初始化：display.begin()启动IIC通信（拨打电话）
数据传输：
- setCursor()：设置文本位置（指定说话位置）
- println()：发送数据（说话内容）
- display()：结束传输（挂断电话）
特点体现：
- 只用了SDA(A4)和SCL(A5)两根线
- 通过地址0x3C选择设备
- 每次只能发送或接收（半双工）

Esp32         ->   OLED
GND           ->   GND
5V            ->   VCC
A4            ->   SDA (数据线)
A5            ->   SCL (时钟线)

示例2：SPI通信 - 控制MAX7219 LED点阵

#include <SPI.h> // SPI通信必备库（私聊系统）

// 定义SPI引脚（Esp32 固定引脚）
#define DATA_PIN 11  // MOSI（老大发令通道）
#define CLK_PIN 13   // SCK （摇铃铛节奏线）
#define CS_PIN 10    // CS  （点名专线）

// LED点阵命令（MAX7219专用指令）
const byte DECODE_MODE = 0x09;  // 解码模式
const byte INTENSITY = 0x0A;    // 亮度设置
const byte SCAN_LIMIT = 0x0B;   // 扫描限制
const byte SHUTDOWN = 0x0C;     // 关机模式
const byte DISPLAY_TEST = 0x0F; // 测试模式

void setup() {
  // 设置CS引脚为输出（点名专线控制权）
  pinMode(CS_PIN, OUTPUT);
  
  // 启动SPI通信（开启私聊系统）
  SPI.begin();
  
  // 初始化LED点阵（唤醒小弟）
  sendCommand(SHUTDOWN, 1);      // 退出关机模式
  sendCommand(DISPLAY_TEST, 0);  // 关闭测试模式
  sendCommand(DECODE_MODE, 0);   // 禁用BCD解码
  sendCommand(SCAN_LIMIT, 7);    // 扫描所有8位数码管
  sendCommand(INTENSITY, 8);     // 设置中等亮度
}

void loop() {
  // 显示"SPI"字母动画
  showS(); delay(500);
  showP(); delay(500);
  showI(); delay(500);
  clearDisplay(); delay(300);
}

// ======== 核心函数：发送SPI命令 ========
void sendCommand(byte command, byte data) {
  digitalWrite(CS_PIN, LOW);  // 拉低CS（点名：小弟注意！）
  
  SPI.transfer(command); // 发送命令（说：要做什么）
  SPI.transfer(data);    // 发送数据（说：具体怎么做）
  
  digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // 拉高CS（结束通话）
}

// ======== 显示字母S ========
void showS() {
  // 点亮构成"S"的LED（同时发送行列数据）
  for(int col=1; col<=8; col++) {
    byte pattern = 0;
    if(col==1) pattern = B00111100;
    if(col==2) pattern = B01000010;
    // ...其他行类似
    sendCommand(col, pattern);
  }
}

// ======== 清屏函数 ========
void clearDisplay() {
  for(int i=1; i<=8; i++) {
    sendCommand(i, 0x00); // 所有LED关闭
  }
}

代码解释（SPI版）：

SPI引脚：Esp32的固定SPI引脚（MOSI-11, MISO-12, SCK-13）
CS引脚：自定义的片选引脚（这里是D10，点名专线）
通信流程：
- digitalWrite(CS_PIN, LOW)：选中设备（点名叫小弟）
- SPI.transfer()：发送数据（同时收/发）
- digitalWrite(CS_PIN, HIGH)：释放设备（结束通话）
全双工体现：发送命令同时可接收点阵状态
MAX7219控制：
- 通过寄存器命令控制（如SHUTDOWN/INTENSITY）
- 每列单独控制（8x8点阵）

Esp32         ->   MAX7219模块
GND           ->   GND
5V            ->   VCC
D11 (MOSI)    ->   DIN (数据输入)
D13 (SCK)     ->   CLK (时钟)
D10 (自定义CS) ->   CS  (片选)

对比总结：

特性	IIC示例 (OLED)	SPI示例 (LED点阵)
线数	2根 (SDA+SCL)	3根 (MOSI+SCK+CS)
库文件	Wire.h	SPI.h
设备选择	通过地址(0x3C)	通过CS引脚(物理拉低)
数据传输	display.print() (单向发送)	SPI.transfer() (双向传输)
速度	较慢(100kHz-400kHz)	快速(默认4MHz)
典型应用	传感器/小屏幕	高速外设(LED/存储器卡)