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

　　SPI、I2C、UART三種串行總線協(xié)議的區(qū)別

　　第一個(gè)區(qū)別當(dāng)然是名字：

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

　　I2C（INTER IC BUS）

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

　　第二，區(qū)別在電氣信號(hào)線上：

　　SPI總線由三條信號(hào)線組成：串行時(shí)鐘（SCLK）、串行數(shù)據(jù)輸出（SDO）、串行數(shù)據(jù)輸入（SDI）。SPI總線可以實(shí)現(xiàn) 多個(gè)SPI設(shè)備互相連接。提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設(shè)備為SPI主機(jī)或主設(shè)備（Master），其他設(shè)備為SPI從機(jī)或從設(shè)備（Slave）。主從設(shè)備間可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，還可以增加一條從設(shè)備選擇線。

　　如果用通用IO口模擬SPI總線，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(xiàn)的設(shè)備類型而定，如果要實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備，則需輸入輸出口，若只實(shí)現(xiàn)主設(shè)備，則需輸出口即可，若只實(shí)現(xiàn)從設(shè)備，則只需輸入口即可。

　　I2C總線是雙向、兩線（SCL、SDA）、串行、多主控（mulTI-master）接口標(biāo)準(zhǔn)，具有總線仲裁機(jī)制，非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。在它的協(xié)議體系中，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)帶上目的設(shè)備的設(shè)備地址，因此可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備組網(wǎng)。

　　如果用通用IO口模擬I2C總線，并實(shí)現(xiàn)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總線是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結(jié)構(gòu)要復(fù)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，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，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(xiàn)全雙工，但I(xiàn)2C不行；

　　第四，看看牛人們的意見(jiàn)吧！

　　wudanyu：I2C線更少，我覺(jué)得比UART、SPI更為強(qiáng)大，但是技術(shù)上也更加麻煩些，因?yàn)镮2C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(yuǎn)距離通信。SPI實(shí)現(xiàn)要簡(jiǎn)單一些，UART需要固定的波特率，就是說(shuō)兩位數(shù)據(jù)的間隔要相等，而SPI則無(wú)所謂，因?yàn)樗怯袝r(shí)鐘的協(xié)議。

　　quickmouse：I2C的速度比SPI慢一點(diǎn)，協(xié)議比SPI復(fù)雜一點(diǎn)，但是連線也比標(biāo)準(zhǔn)的SPI要少。

　　SPI接口介紹（轉(zhuǎn)）

　　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(duì)初學(xué)者有點(diǎn)幫助。

　　SPI接口的全稱是“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(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)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(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來(lái)說(shuō)比I2C總線要快，速度可達(dá)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(hào)：

　?。?）MOSI – 主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入

　?。?）MISO – 主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出

　?。?）SCLK – 時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生

　　（4）/SS – 從器件使能信號(hào)，由主器件控制

　　在點(diǎn)對(duì)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(tǒng)中，每個(gè)從器件需要獨(dú)立的使能信號(hào)，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。

　　SPI接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個(gè)簡(jiǎn)單的移位寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)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(shù)據(jù)改變，同時(shí)一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。

　　SPI接口內(nèi)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(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。

　　詳細(xì)剖析SPI串口總線連接方法：

　　SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)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(xiàn)很多“不可思議”的現(xiàn)代科技。這里將以SPI為題，從編程角度來(lái)介紹SPI總線。

　　1、SPI協(xié)議簡(jiǎn)介

　　SPI 是英語(yǔ) Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)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，由于其簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)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(yīng)用及現(xiàn)狀

　　SPI flash 芯片應(yīng)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(jī)、數(shù)碼、液晶顯示器、機(jī)頂盒、電腦主板等。最近，有消息透露，蘋果新手機(jī)iPhone 8將導(dǎo)入采用編碼型快閃存儲(chǔ)（NOR Flash），讓已經(jīng)處于缺貨狀態(tài)的NOR芯片更為惱火，另外據(jù)存儲(chǔ)業(yè)者透露，今年NOR芯片供給缺口將可能擴(kuò)大至20%。

　　3、解剖SPI總線

　　SPI 接口一般使用 4 條線通信，MISO 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出。MOSI 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入。SCLK 時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生。CS 從設(shè)備片選信號(hào)，由主設(shè)備控制。

　　SPI接口在Master控制下產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)雙向移位寄存器按位傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳輸數(shù)據(jù)高位在前，低位在后（MSB）。在SCK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，上升沿一位數(shù)據(jù)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(duì)flash芯片的操作，一般包括對(duì)flash芯片的擦除，編程和讀取，各大廠商的SPI flash芯片都大同小異，操作命令基本是沒(méi)什么變化的，當(dāng)我們拿到一款芯片，要特別注意芯片的容量，操作分區(qū)，下面以旺宏的芯片為例為大家講解。

　　其實(shí)，無(wú)論是對(duì)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)：寫命令---寫地址---寫（讀）數(shù)據(jù)。正如以下的時(shí)序圖一樣清晰明了，我們先把片選信號(hào)拉低，再發(fā)個(gè)0x02頁(yè)編程命令，再發(fā)個(gè)地址，就可以輕松寫數(shù)據(jù)了。

　　依樣畫葫蘆，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(qū)，即（ONE TIME PROGRAMMABLE），也就是說(shuō)這個(gè)區(qū)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(duì)OTP區(qū)域的讀寫之前，我們首先要發(fā)送進(jìn)入OTP區(qū)域的命令，其他的操作和以上普通flash區(qū)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(dāng)然，對(duì)時(shí)序這種底層的操作，還需要不斷學(xué)習(xí)和積累