基于STM32的SPI通信和IIC通信协议学习笔记

目录

一、SPI的概念

（1）SPI通常需要以下四个引脚

1、SCLK（SCK）时钟线2、CS（NSS、CE、SSEL）片选线3、MOSIMaster Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入。4、MISOMaster Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出。

（2）SPI通信的工作原理

（3）SPI通信的工作特点

二、IIC通信的概念

（1）IIC通信的引脚

（2）IIC通信的工作原理

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三、SPI通信和IIC通信的区别

        SPI协议和I2C协议(即IIC协议)是两个常见的串行通信协议，SPI协议适用于高速传输、实现简单的场景，而I2C协议适用于低速传输、需要多个器件之间进行通信的场景。都被广泛应用于微控制器和其他数字电路之间的数据传输。下面将简单的介绍一下它们的区别。

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一、SPI的概念

        SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供了方便。正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200.

       在STM32中IIC是一种通信方式，SPI也是一种通信方式，现在我来讲讲IIC通信和SPI通信的区别和优缺点。 

（1）SPI通常需要以下四个引脚

1、SCLK（SCK）
时钟线
2、CS（NSS、CE、SSEL）
片选线
3、MOSI
Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入。
4、MISO
Master Input Slave Output，主设备数据输入，从设备数据输出。

（2）SPI通信的工作原理

       通过了解， SPI是一种同步通信方式，所以它有时钟线，时钟由主设备提供。CS为片选线，片选线用来区分和哪个从机进行交互，通常由主机来控制。通常片选线被拉低，代表该从机被选中。

由以下图可以看出，通过SPI时钟发生器分别输出时钟信号给主机设备和从机设备，数据之间的传输通过移位寄存器实现。

主设备发送数据时，主设备将要发送的数据写入移位寄存器，然后通过MOSI一位一位地发送给从机，数据可以是8位的，也可以是16位的，可以通过软件配置。发送时可以先发送高位，也可以先发送低位，但是需要保证主从机的设置是一致的。从机接收数据时，同时也会将自己地移位寄存器中的内容通过MISO发送给主机。也就是说，主机在给从机发送数据时，同时也会收到从机发送来地数据。

（3）SPI通信的工作特点

由此可知SPI通信的特点如下：

• 同步全双工。
• 支持一主多从。
• 只需要四根线，甚至三根线也可以实现单工通信。
• 数据传输速率快。

二、IIC通信的概念

        IIC（Inter-Integrated Circuit）协议是一种同步串行通信接口，它采用半双工工作模式，即在同一时间只能进行单向的数据传输。总线由两条信号线组成：一条是数据线SDA（Serial Data Line），用于传输数据；另一条是时钟线SCL（Serial Clock Line），由主设备提供时钟信号，以确保所有连接到总线的设备同步进行数据交换。

在I2C总线上，每个从设备都有一个唯一的地址，主设备通过发送这个地址来选择与其通信的目标设备。由于支持多主控功能，多个具备主控能力的设备可以在同一总线上竞争控制权，并通过硬件仲裁机制避免冲突。

由于其物理接口简单且占用线路少，I2C被广泛应用于嵌入式系统和电子设备中，方便连接各种低速外设，例如传感器、存储器、时钟芯片等。同时，I2C支持多种速度等级，能满足不同应用环境对数据传输速率的需求。

（1）IIC通信的引脚

IIC总线引脚定义

•         SDA (I2C数据引脚)
•         CLK (I2C数据引脚)

 IIC总线结构示意图

① 由时钟线SCL和数据线SDA组成，并且都接上拉电阻，确保总线空闲状态为高电平

② 总线支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址

③ 连接到总线上的数目受总线的最大电容400pf限制

④ 数据传输速率：标准模式100k bit/s  快速模式400k bit/s 高速模式3.4Mbit/s

（2）IIC通信的工作原理

• 起始信号(S)：当SCL为高电平时，SDA从高电平变为低电平
• 停止信号(P)：当SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平
• 应答信号：上拉电阻影响下SDA默认为高，而从机拉低SDA就是确认收到数据即ACK，否则NACK

三、SPI通信和IIC通信的区别

        SPI协议和I2C协议(即IIC协议)是两个常见的串行通信协议，SPI协议适用于高速传输、实现简单的场景，而I2C协议适用于低速传输、需要多个器件之间进行通信的场景。都被广泛应用于微控制器和其他数字电路之间的数据传输。下面将简单的介绍一下它们的区别。

1. 性能方面：SPI协议通常比I2C协议更快速，因为SPI协议使用全双工通信模式，每个设备都有独立的数据线，可以在同时收发数据，而I2C协议则是半双工通信模式，数据必须通过单根数据线被轮流发送和接收，因此速度会慢一些。

2. 硬件连接方面：SPI协议需要使用4条线：时钟线(CLK)、主从选择线(SS)、主设备输出线(MISO)和主设备输入线(MOSI)。其中，CLK、SS、MOSI是由主设备输出的，MISO是由从设备输出的。而I2C协议只需要使用2条线：时钟线(CLK)和数据线(SDA)。其中，时钟线和数据线都是由主设备输出的。

3. 系统复杂性方面：SPI协议的工作方式更简单，在硬件和软件层面上的开销都比I2C小。但是，由于SPI协议必须配置每个设备的选择线(SS)，因此对于多个设备的系统而言，硬件设计和软件编程可能会更加复杂。相比之下，I2C协议使用7位从设备地址，因此可以轻松连接多个从设备，且不需要额外的硬件或软件开销。

4. 稳定性和灵活性方面：I2C协议在电路噪声、干扰和电流峰值方面更加鲁棒，因为它使用了比SPI协议更为复杂的通信协议。此外，I2C协议不仅支持多个从设备，还允许主设备和从设备交换角色，增加了系统的灵活性。

参考博文：

STM32速成笔记—SPI通信_stm32 spi通信-优快云博客

通信协议——IIC协议_iic通信协议-优快云博客