SPI和I2C的差别
SPI（Serial Peripheral Interface）和 I2C（Inter-Integrated Circuit）是两种常见的同步串行通信协议，在嵌入式系统和电子设备中广泛应用。以下是它们的核心差别对比：
一、物理层（硬件连接）
信号线数量 | 至少 4 根： - SCK（时钟） - MOSI（主发从收） - MISO（主收从发） - SS/CS（从设备选择，多从设备时必备） | 仅 2 根： - SDA（数据线） - SCL（时钟线） |
拓扑结构 | 星型拓扑：每个从设备独立连接 SS 线，主设备通过 SS 线选择目标从设备。 | 总线拓扑：所有设备共享 SDA 和 SCL 线，通过设备地址区分。 |
驱动方式 | 推挽输出（可主动输出高低电平），无需上拉电阻。 | 开漏 / 开集输出（仅能拉低电平），需外接上拉电阻（通常 4.7kΩ）到 VCC。 |
通信距离 | 短距离（通常 < 1m），高速传输时更短（受信号衰减和干扰影响）。 | 中短距离（通常 < 10m），速率较低时可延长（开漏结构抗干扰能力稍强）。 |
二、协议层（通信规则）
通信方式 | 全双工：主从设备可同时收发数据（通过 MOSI 和 MISO 双线传输）。 | 半双工：同一时刻只能单向传输（主→从或从→主），通过 SDA 线分时复用。 |
寻址机制 | 无地址概念，通过硬件 SS 线直接选择从设备（低电平有效）。 | 有 7 位或 10 位设备地址，主设备通过发送地址帧选择从设备。 |
时序模式 | 4 种模式（由 CPOL 和 CPHA 定义时钟极性和相位），需主从设备匹配。 | 固定时序：起始信号（SCL 高时 SDA 下降沿）、停止信号（SCL 高时 SDA 上升沿）。 |
数据单位 | 灵活，可自定义位数（通常 8 位 / 字节）。 | 固定 8 位 / 字节，每个字节后需跟随 1 位 ACK/NACK（应答位）。 |
错误检测 | 无内置机制，需软件实现校验（如 CRC）。 | 有 ACK/NACK 应答机制，接收方通过拉低 SDA 表示确认。 |
三、性能与应用场景
传输速率 | 高速：通常可达 10~100MHz（取决于芯片能力），适合大数据量高速传输（如 SD 卡、显示屏）。 | 中低速：标准模式 100kHz，快速模式 400kHz，高速模式 3.4MHz，适合传感器、EEPROM 等。 |
多设备支持 | 支持多从设备，但需额外 SS 线（每个从设备 1 根），硬件成本较高。 | 支持多设备（理论上 2^7=128 个 7 位地址设备），仅需 2 根线，硬件成本低。 |
主从关系 | 严格主从：从设备不能主动发起通信，必须由主设备控制。 | 支持多主模式：总线上可存在多个主设备，通过仲裁机制避免冲突。 |
典型应用 | 高速外设： - SD 卡、SPI Flash - OLED/LCD 显示屏 - 高速传感器（如摄像头） | 低速多设备互联： - 温湿度传感器（SHT30） - 加速度计（MPU6050） - EEPROM 存储器 |
四、优缺点总结
SPI | 1. 高速全双工，适合大数据量传输 2. 协议简单，无复杂寻址和应答机制 3. 时序灵活（4 种模式） | 1. 信号线多，硬件成本高 2. 不支持远距离通信 3. 无硬件错误检测机制，需软件实现校验 |
I2C | 1. 仅需 2 根线，支持多设备，硬件成本低 2. 有应答机制，可靠性较高 3. 支持多主模式 | 1. 半双工，速率受限 2. 地址空间有限（7 位地址仅 128 个） 3. 开漏结构需上拉电阻，功耗稍高 |
五、选择建议
- 选 SPI：当需要高速传输、全双工通信或简单直接的控制（如与 SD 卡、显示屏通信）时。
- 选 I2C：当需要多设备共享总线、中低速通信或减少布线复杂度（如连接多个传感器）时。
例如：
- 微控制器与 WiFi 模块通信（大数据量）→ SPI
- 微控制器同时连接温度传感器、压力传感器和 EEPROM → I2C
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