SPI、I2C跟UART三種串行總線協議的區別：

(如果想了解SPI和I2C更多詳細內容，可看?SPI總線（一）：基本原理篇，?SPI總線（二）：驅動分析篇，SPI總線（三）：驅動實例，i2c總線（基本原理），普通IO模擬i2c總線，簡單i2c設備驅動實例系列文章)

SPI接口詳細講解 - 百度文庫

嵌入式硬件基礎之SPI總線詳解_Tian Jincheng's Blog-CSDN博客_spi硬件詳解

第一個,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：通用異步收發器)

第二，區別在電氣信號線上：

?????SPI總線由三條信號線組成：串行時鐘(SCLK)、串行數據輸出(SDO)、串行數據輸入(SDI)。SPI總線可以實現 多個SPI設備互相連接。提供SPI串行時鐘的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)。主從設備間可以實現全雙工通信，當有多個從設備時，還可以增加一條從設備選擇線。

?????如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個輸出口(SDO)，一個輸入口(SDI)，另一個口則視實現的設備類型而定，如果要實現主從設備，則需輸入輸出口，若只實現主設備，則需輸出口即可，若只實現從設備，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）接口標準，具有總線仲裁機制，非常適合在器件之間進行近距離、非經常性的數據通信。在它的協議體系中，傳輸數據時都會帶上目的設備的設備地址，因此可以實現設備組網。

?????如果用通用IO口模擬I2C總線，并實現雙向傳輸，則需一個輸入輸出口(SDA)，另外還需一個輸出口(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構要復雜很多，一般由波特率產生器(產生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、UART發送器組成，硬件上由兩根線，一根用于發送，一根用于接收。

?????顯然，如果用通用IO口模擬UART總線，則需一個輸入口，一個輸出口。

第三，從第二點明顯可以看出，SPI和UART可以實現全雙工，但I2C不行；

第四，看看牛人們的意見吧！

?????wudanyu：I2C線更少，我覺得比UART、SPI更為強大，但是技術上也更加麻煩些，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實現要簡單一些，UART需要固定的波特率，就是說兩位數據的間隔要相等，而SPI則無所謂，因為它是有時鐘的協議。

?????quickmouse：I2C的速度比SPI慢一點，協議比SPI復雜一點，但是連線也比標準的SPI要少。

1、解剖SPI總線

　　SPI 接口一般使用 4 條線通信，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 時鐘信號，由主設備產生。CS 從設備片選信號，由主設備控制。

　　SPI接口在Master控制下產生的從器件使能信號和時鐘信號，兩個雙向移位寄存器按位傳輸進行數據交換，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。

　　

2、解剖SPI flash

　　搞懂了SPI協議之后，下面就讓小編來帶你輕松操作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，各大廠商的SPI flash芯片都大同小異，操作命令基本是沒什么變化的，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，無論是對芯片的擦除，編程還是讀取操作，我們大致可以按照以下的套路來：寫命令---寫地址---寫（讀）數據。正如以下的時序圖一樣清晰明了，我們先把片選信號拉低，再發個0x02頁編程命令，再發個地址，就可以輕松寫數據了。

　　依樣畫葫蘆，擦除操作也是一樣，甚至更簡單，但是我們要注意循環判斷狀態寄存器的WIP位直至為0為擦除完成，具體循環時間視芯片而定。

　　另外，我們要特別注意SPI flash的 OTP區，即（ONE?TIME PROGRAMMABLE），也就是說這個區域只能編程一次，編程之后不能再修改及擦除，因此我們操作的時候要特別注意。對OTP區域的讀寫之前，我們首先要發送進入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，對時序這種底層的操作，還需要不斷學習和積累

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,看來以前真是井底之蛙啊,找了一些SPI接口的資料都不全,后來找到一點英文資料,翻譯了一下,加上我的個人理解,湊成一篇了,希望對初學者有點幫助。

???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接口主要應用在EEPROM,FLASH,實時時鐘,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說比I2C總線要快,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主器件和一個或多個從器件,其接口包括以下四種信號：

（1）MOSI – 主器件數據輸出,從器件數據輸入

（2）MISO – 主器件數據輸入,從器件數據輸出

（3）SCLK – 時鐘信號,由主器件產生

（4）/SS??– 從器件使能信號,由主器件控制

在點對點的通信中,SPI接口不需要進行尋址操作,且為全雙工通信,顯得簡單高效。

?

?在多個從器件的系統中,每個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接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器,傳輸的數據為8位,在主器件產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,同時一位數據被存入移位寄存器。

?SPI接口內部硬件圖示：

?最后,SPI接口的一個缺點：沒有指定的流控制,沒有應答機制確認是否接收到數據。

SPI interface

SPI接口介紹
????SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規范，常作為單片機外設芯片串行擴展接 口。SPI有4個引腳：SS(從器件選擇線)、SDO(串行數據輸出線)、SDI(串行數據輸入線)和SCK(同步串行時鐘線)。SPI可以用全雙工通信 方式同時發送和接收8(16)位數據，過程如下：主機啟動發送過程，送出時鐘脈沖信號，主移位寄存器的數據通過SDO移入到從移位寄存器，同時從移位寄存 器中的數據通過SDI移人到主移位寄存器中。8(16)個時鐘脈沖過后，時鐘停頓，主移位寄存器中的8(16)位數據全部移人到從移位寄存器中，隨即又被 自動裝入從接收緩沖器中，從機接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。同理，從移位寄存器中的8位數據全部移入到主寄存器中，隨 即又被自動裝入到主接收緩沖器中．主接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測到主接收緩沖器的滿標志位或者中斷標志 位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數據。同樣，從CPU檢測到從接收緩沖器滿標志位或中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數據，這樣就完成了一 次相互通信過程。這里設置dsPIC30F6014為主控制器，ISD4002為從器件，通過SPI口完成通信控制的過程。
?

SPI總線協議

SPI是一個環形總線結構，由ss（cs）、sck、sdi、sdo構成，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數據交換。
???????假設下面的8位寄存器裝的是待發送的數據10101010，上升沿發送、下降沿接收、高位先發送。
???????那么第一個上升沿來的時候 數據將會是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到來的時候，sdi上的電平將所存到寄存器中去，那么這時寄存器=0101010sdi，這樣在 8個時鐘脈沖以后，兩個寄存器的內容互相交換一次。這樣就完成里一個spi時序。
???????例子：
???????假設主機和從機初始化就緒：并且主機的sbuff=0xaa，從機的sbuff=0x55，下面將分步對spi的8個時鐘周期的數據情況演示一遍:假設上升沿發送數據

脈沖	主機sbuff	從機sbuff	sdi	sdo
0	10101010	01010101	0	0
1上	0101010x	1010101x	0	1
1下	01010100	10101011	0	1
2上	1010100x	0101011x	1	0
2下	10101001	01010110	1	0
3上	0101001x	1010110x	0	1
3下	01010010	10101101	0	1
4上	1010010x	0101101x	1	0
4下	10100101	01011010	1	0
5上	0100101x	1011010x	0	1
5下	01001010	10110101	0	1
6上	1001010x	0110101x	1	0
6下	10010101	01101010	1	0
7上	0010101x	1101010x	0	1
7下	00101010	11010101	0	1
8上	0101010x	1010101x	1	0
8下	01010101	10101010	1	0

? ? ? 這 樣就完成了兩個寄存器8位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對于主機而言的。其中ss引腳作為主機的時候，從機可以把它拉底被 動選為從機，作為從機的是時候，可以作為片選腳用。根據以上分析，一個完整的傳送周期是16位，即兩個字節，因為，首先主機要發送命令過去，然后從機根據 主機的名準備數據，主機在下一個8位時鐘周期才把數據讀回來

? ? ? SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數據輸入線MOSI，一條數據輸出線MISO;用于 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以同時發出和接收串行數據;可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發送結束 中斷標志;寫沖突保護;總線競爭保護等。圖3示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式(實線表示，??SPI總線四種工作方式

SPI總線接口及時序
???SPI 模塊為了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳 輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿 （上升或下降）數據被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設音時鐘相位和極性應該一致。SPI總線接口時序如圖所示。

SPI功能模塊的設計

根據功能定義及SPI的工作原理，將整個IP Core分為8個子模塊：uC接口模塊、時鐘分頻模塊、發送數據FIFO模塊、接收數據FIFO模塊、狀態機模塊、發送數據邏輯模塊、接收數據邏輯模塊以及中斷形式模塊。

深入分析SPI的四種傳輸協議可以發現，根據一種協議，只要對串行同步時鐘進行轉換，就能得到其余的三種協議。為了簡化設計規定，如果要連續傳輸多個數據，在兩個數據傳輸之間插入一個串行時鐘的空閑等待，這樣狀態機只需兩種狀態（空閑和工作）就能正確工作。

SPI接口：板內常見SPI接口詳細介紹 - 知乎

1-接口概述

SPI = Serial Peripheral Interface，是串行外圍設備接口，是一種高速，全雙工，同步的通信總線。常規只占用四根線，節約了芯片管腳，PCB的布局省空間。現在越來越多的芯片集成了這種通信協議，常見的有EEPROM、FLASH、AD轉換器等。

? 優點：

支持全雙工，push-pull的驅動性能相比open-drain信號完整性更好；

支持高速（100MHz以上）；

協議支持字長不限于8bits，可根據應用特點靈活選擇消息字長；

硬件連接簡單；

? 缺點：

相比IIC多兩根線；

沒有尋址機制，只能靠片選選擇不同設備；

沒有從設備接受ACK，主設備對于發送成功與否不得而知；

典型應用只支持單主控；

相比RS232 RS485和CAN總線，SPI傳輸距離短；

2-硬件結構

SPI總線定義兩個及以上設備間的數據通信，提供時鐘的設備為主設備Master，接收時鐘的設備為從設備Slave；

? 信號定義如下：

SCK : Serial Clock 串行時鐘

MOSI : Master Output, Slave Input 主發從收信號

MISO : Master Input, Slave Output 主收從發信號

SS/CS : Slave Select 片選信號

? 電路連接如下：

單個主設備和單個從設備

單個主設備和多個從設備，通過多個片選信號或者菊花鏈方式實現；

3-寄存器類型

Motorola定義的SPI寄存器包括：

SPI Control Register 1 (SPICR1) 控制寄存器1

SPI Control Register 2 (SPICR2) 控制寄存器2

SPI Baud Rate Register (SPIBR) 波特率寄存器

SPI Status Register (SPISR) 狀態寄存器 （只讀 其余均可讀可寫）

SPI Data Register (SPIDR) 數據寄存器

通過往寄存器中寫入不同的值，設置SPI模塊的不同屬性。

4- 傳輸模式

通過設置控制寄存器SPICR1中的CPOL和CPHA位，將SPI可以分成四種傳輸模式。

CPOL，即Clock Polarity，決定時鐘空閑時的電平為高或低。對于SPI數據傳輸格式沒有顯著影響。

1 = 時鐘低電平時有效，空閑時為高

0 = 時鐘高電平時有效，空閑時為低

CPHA，即Clock Phase，定義SPI數據傳輸的兩種基本模式。

1 = 數據采樣發生在時鐘（SCK）偶數（2,4,6,...,16）邊沿（包括上下邊沿）

0 = 數據采樣發生在時鐘（SCK）奇數（1,3,5,...,15）邊沿（包括上下邊沿）

四種模式如下圖所示：

先看第一列兩張圖（CPHA = 0），采樣發生在第一個時鐘跳變沿，即數據采樣發生在SCK奇數邊沿；再看第二列（CPHA =1），采樣發生在第二個時鐘跳變沿，即數據采樣發生在SCK偶數邊沿。

第一行兩張圖，第二行兩張圖（CPOL = 1），SCK空閑狀態為高電平。

主從設備進行SPI通訊時，要確保它們的傳輸模式設置相同。

其中mode0和mode3最為常見，SPI接口的flash中均會有標注。

5-讀寫操作

? 標準SPI讀寫為例

片選---讀指令---地址---數據讀出

片選---寫指令---地址---數據寫入

??Dual I/O Fast Read Sequence Diagram?雙路IO

??Quad I/O Fast Read Sequence Diagram?四路IO

參考

總結

以上是生活随笔為你收集整理的三种串行总线协议的区别（SPI、I2C和UART）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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