SPI、I2C、UART三種串行總線(xiàn)協(xié)議的區別和SPI接口介紹，以及SPI接口詳解

　　SPI、I2C、UART三種串行總線(xiàn)協(xié)議的區別

　　第一個(gè)區別當然是名字：

　　SPI（Serial Peripheral Interface：串行外設接口）;

　　I2C（INTER IC BUS）

　　UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用異步收發(fā)器）

　　第二，區別在電氣信號線(xiàn)上：

　　SPI總線(xiàn)由三條信號線(xiàn)組成：串行時(shí)鐘（SCLK）、串行數據輸出（SDO）、串行數據輸入（SDI）。SPI總線(xiàn)可以實(shí)現 多個(gè)SPI設備互相連接。提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設備為SPI主機或主設備（Master），其他設備為SPI從機或從設備（Slave）。主從設備間可以實(shí)現全雙工通信，當有多個(gè)從設備時(shí)，還可以增加一條從設備選擇線(xiàn)。

　　如果用通用IO口模擬SPI總線(xiàn)，必須要有一個(gè)輸出口（SDO），一個(gè)輸入口（SDI），另一個(gè)口則視實(shí)現的設備類(lèi)型而定，如果要實(shí)現主從設備，則需輸入輸出口，若只實(shí)現主設備，則需輸出口即可，若只實(shí)現從設備，則只需輸入口即可。

　　I2C總線(xiàn)是雙向、兩線(xiàn)（SCL、SDA）、串行、多主控（mulTI-master）接口標準，具有總線(xiàn)仲裁機制，非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數據通信。在它的協(xié)議體系中，傳輸數據時(shí)都會(huì )帶上目的設備的設備地址，因此可以實(shí)現設備組網(wǎng)。

　　如果用通用IO口模擬I2C總線(xiàn)，并實(shí)現雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口（SDA），另外還需一個(gè)輸出口（SCL）。（注：I2C資料了解得比較少，這里的描述可能很不完備）

　　UART總線(xiàn)是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結構要復雜很多，一般由波特率產(chǎn)生器（產(chǎn)生的波特率等于傳輸波特率的16倍）、UART接收器、UART發(fā)送器組成，硬件上由兩根線(xiàn)，一根用于發(fā)送，一根用于接收。

　　顯然，如果用通用IO口模擬UART總線(xiàn)，則需一個(gè)輸入口，一個(gè)輸出口。

　　第三，從第二點(diǎn)明顯可以看出，SPI和UART可以實(shí)現全雙工，但I2C不行；

　　第四，看看牛人們的意見(jiàn)吧！

　　wudanyu：I2C線(xiàn)更少，我覺(jué)得比UART、SPI更為強大，但是技術(shù)上也更加麻煩些，因為I2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，我覺(jué)得抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠距離通信。SPI實(shí)現要簡(jiǎn)單一些，UART需要固定的波特率，就是說(shuō)兩位數據的間隔要相等，而SPI則無(wú)所謂，因為它是有時(shí)鐘的協(xié)議。

　　quickmouse：I2C的速度比SPI慢一點(diǎn)，協(xié)議比SPI復雜一點(diǎn)，但是連線(xiàn)也比標準的SPI要少。

　　SPI接口介紹（轉）

　　這幾天碰到了使用SPI接口的flash，才知道flash還可以是串行的，看來(lái)以前真是井底之蛙啊，找了一些SPI接口的資料都不全，后來(lái)找到一點(diǎn)英文資料，翻譯了一下，加上我的個(gè)人理解，湊成一篇了，希望對初學(xué)者有點(diǎn)幫助。

　　SPI接口的全稱(chēng)是“Serial Peripheral Interface”，意為串行外圍接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM，FLASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。

　　SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來(lái)說(shuō)比I2C總線(xiàn)要快，速度可達到幾Mbps。

　　SPI接口是以主從方式工作的，這種模式通常有一個(gè)主器件和一個(gè)或多個(gè)從器件，其接口包括以下四種信號：

　?。?）MOSI – 主器件數據輸出，從器件數據輸入

　?。?）MISO – 主器件數據輸入，從器件數據輸出

　?。?）SCLK – 時(shí)鐘信號，由主器件產(chǎn)生

　?。?）/SS – 從器件使能信號，由主器件控制

　　在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡(jiǎn)單高效。

　　在多個(gè)從器件的系統中，每個(gè)從器件需要獨立的使能信號，硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。

　　SPI接口在內部硬件實(shí)際上是兩個(gè)簡(jiǎn)單的移位寄存器，傳輸的數據為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。如下圖所示，在SCLK的下降沿上數據改變，同時(shí)一位數據被存入移位寄存器。

　　SPI接口內部硬件圖示：（見(jiàn)下文）

　　最后，SPI接口的一個(gè)缺點(diǎn)：沒(méi)有指定的流控制，沒(méi)有應答機制確認是否接收到數據。

　　詳細剖析SPI串口總線(xiàn)連接方法：

　　SPI總線(xiàn)系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。正是由于有了通信方式，我們才能夠通過(guò)芯片控制各種各樣的外圍器件，實(shí)現很多“不可思議”的現代科技。這里將以SPI為題，從編程角度來(lái)介紹SPI總線(xiàn)。

　　1、SPI協(xié)議簡(jiǎn)介

　　SPI 是英語(yǔ) Serial Peripheral interface 的縮寫(xiě)，顧名思義就是串行外圍設備接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列處理器上定義的。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線(xiàn)，由于其簡(jiǎn)單易用的特性，現在很多的nor flash和nandflash芯片集成了這種通信協(xié)議，也就是我們說(shuō)的SPI flash。

　　2、應用及現狀

　　SPI flash 芯片應用十分廣泛，在很多電子產(chǎn)品上面或多或少都有它的蹤影，如手機、數碼、液晶顯示器、機頂盒、電腦主板等。最近，有消息透露，蘋(píng)果新手機iPhone 8將導入采用編碼型快閃存儲（NOR Flash），讓已經(jīng)處于缺貨狀態(tài)的NOR芯片更為惱火，另外據存儲業(yè)者透露，今年NOR芯片供給缺口將可能擴大至20%。

　　3、解剖SPI總線(xiàn)

　　SPI 接口一般使用 4 條線(xiàn)通信，MISO 主設備數據輸入，從設備數據輸出。MOSI 主設備數據輸出，從設備數據輸入。SCLK 時(shí)鐘信號，由主設備產(chǎn)生。CS 從設備片選信號，由主設備控制。

　　SPI接口在Master控制下產(chǎn)生的從器件使能信號和時(shí)鐘信號，兩個(gè)雙向移位寄存器按位傳輸進(jìn)行數據交換，傳輸數據高位在前，低位在后（MSB）。在SCK的下降沿上數據改變，上升沿一位數據被存入移位寄存器。

　　4、解剖SPI flash

　　搞懂了SPI協(xié)議之后，下面就讓小編來(lái)帶你輕松操作SPI flash芯片。對flash芯片的操作，一般包括對flash芯片的擦除，編程和讀取，各大廠(chǎng)商的SPI flash芯片都大同小異，操作命令基本是沒(méi)什么變化的，當我們拿到一款芯片，要特別注意芯片的容量，操作分區，下面以旺宏的芯片為例為大家講解。

　　其實(shí)，無(wú)論是對芯片的擦除，編程還是讀取操作，我們大致可以按照以下的套路來(lái)：寫(xiě)命令---寫(xiě)地址---寫(xiě)（讀）數據。正如以下的時(shí)序圖一樣清晰明了，我們先把片選信號拉低，再發(fā)個(gè)0x02頁(yè)編程命令，再發(fā)個(gè)地址，就可以輕松寫(xiě)數據了。

　　依樣畫(huà)葫蘆，擦除操作也是一樣，甚至更簡(jiǎn)單，但是我們要注意循環(huán)判斷狀態(tài)寄存器的WIP位直至為0為擦除完成，具體循環(huán)時(shí)間視芯片而定。

　　另外，我們要特別注意SPI flash的 OTP區，即（ONE TIME PROGRAMMABLE），也就是說(shuō)這個(gè)區域只能編程一次，編程之后不能再修改及擦除，因此我們操作的時(shí)候要特別注意。對OTP區域的讀寫(xiě)之前，我們首先要發(fā)送進(jìn)入OTP區域的命令，其他的操作和以上普通flash區域的操作是一樣的。

　　掌握以上方法，我們就可以輕松操作SPI flash芯片了，當然，對時(shí)序這種底層的操作，還需要不斷學(xué)習和積累