理解一下單片機(jī)的I2C和SPI通信

ID:91350 · 發(fā)表于 2015-10-29 23:21

應(yīng)某位網(wǎng)友要求，今天說一下單片機(jī)的I2C SPI通信，可能說不清楚，因?yàn)檫@畢竟要做實(shí)驗(yàn)才可完全理解。
I2C和SPI是兩種不同的通信協(xié)議。
聽到協(xié)議，似乎高不可攀，其實(shí)協(xié)議就是人們定義的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而已，我們只要遵照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去做事，就可以。比如公司規(guī)定早上9點(diǎn)上班，我們就9點(diǎn)上班，不然就會扣薪水，這就是個(gè)協(xié)議。
用I2C通信的芯片最常用的就是EEPROM芯片，如Atmel的AT24CXX系列，此外，還有一些其它功能的芯片。用SPI通信的芯片有外置FLASH芯片，同樣，還有其他功能的一些芯片。
I2C通信需要用到兩個(gè)引腳：SDA SCL。SCL是時(shí)鐘引腳，SDA是數(shù)據(jù)引腳。

(這是EEPROM芯片)

(這是時(shí)鐘芯片)
SPI通信需要3個(gè)引腳或者4個(gè)引腳：CS SCK MOSI MISO。SPI通信芯片的引腳名稱不一定都是這幾個(gè)名稱，可能還有會別的名稱，但是意思是一樣的，例如MOSI引腳的意思是“主機(jī)輸出從機(jī)輸入”，某個(gè)SPI接口的芯片就有可能會寫成SDI，因?yàn)檫@個(gè)SPI器件是作為從機(jī)的，所以它的SDI的意思就是“從機(jī)數(shù)據(jù)輸入引腳”。
SPI通信過程為：把CS引腳拉低，然后SCK輸出時(shí)鐘，然后就可以在MOSI引腳上輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)可以在MISO上獲得數(shù)據(jù)了。

(這是一個(gè)SPI FLASH芯片，DO是MISO，DI是MOSI，CLK是SCK，功能一樣，叫法不一樣而已)

(這是一個(gè)SPI接口的ADC芯片，Dout是MISO，DCLOCK就是SCK，這個(gè)芯片有3個(gè)SPI引腳)
大部分單片機(jī)上面都會帶有I2C口和SPI口，有可能還會有好幾個(gè)I2C口和SPI口。不過，不帶I2C口和SPI口的單片機(jī)，也可以通過普通引腳的模擬他們的時(shí)序來進(jìn)行通信。
而且，如果是初學(xué)者的話，一定要學(xué)習(xí)一下用普通引腳模擬，對他們的通信本質(zhì)理解更深刻。
通信全程，其實(shí)就是控制引腳高低電平和檢測引腳高低電平的過程，話說，控制單片機(jī)的引腳高低電平和檢測引腳的高低電平，第一天學(xué)單片機(jī)就會了，所以，I2C通信和SPI通信也沒什么難的地方。
給大家講一個(gè)最簡單的通信過程，例如我們稱下面的通信名稱為KJLWT，名字是不是看起來很吊，其實(shí)是“科技老頑童”的拼音首字母，因?yàn)榻酉聛淼膮f(xié)議是我剛剛發(fā)明的，所以以此命名^_^。主要是讓大家理解，名稱就是用來嚇唬人的。
我們用兩條線來通信，一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線。時(shí)鐘線，其實(shí)就是用來產(chǎn)生一個(gè)脈沖波形，再說的直接一點(diǎn)，就是把引腳變高變低的信號，如下圖：

（這就是個(gè)時(shí)鐘信號）
例如我們規(guī)定，在時(shí)鐘引腳為高電平的時(shí)候，讀取數(shù)據(jù)引腳的電平，連續(xù)8個(gè)時(shí)鐘，就可以讀到一個(gè)字節(jié)了。那給數(shù)據(jù)的那一端，要怎么給數(shù)據(jù)呢？也很簡單，給數(shù)據(jù)的那一端，在檢測到低電平的時(shí)候，就把要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照位體現(xiàn)在數(shù)據(jù)引腳上面。例如一個(gè)數(shù)據(jù)：0x88，寫成二進(jìn)制以后就是1000 1000。我們來看一下傳輸這個(gè)數(shù)據(jù)的過程：從機(jī)檢測時(shí)鐘引腳，檢測到一個(gè)下降沿（就是從高電平落到了低電平），就把要發(fā)送的數(shù)據(jù)的bit7體現(xiàn)在數(shù)據(jù)引腳上，例如1000 1000的bit7是1，就把數(shù)據(jù)引腳變高電平，主機(jī)在時(shí)鐘引腳的高電平，檢測這個(gè)數(shù)據(jù)引腳，把這個(gè)位記錄下來，從機(jī)再次發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘引腳的下降沿后，再把數(shù)據(jù)的bit6體現(xiàn)在數(shù)據(jù)引腳上，由于1000 1000 的bit6是0，所以從機(jī)把數(shù)據(jù)引腳拉低，然后當(dāng)時(shí)鐘引腳為高電平的時(shí)候，主機(jī)檢測數(shù)據(jù)引腳的高低電平，再把bit6記錄下來,……以此8次，就可以把一個(gè)字節(jié)由從機(jī)傳輸?shù)街鳈C(jī)了。是不是很簡單呢？
時(shí)鐘的速率，就是傳輸數(shù)據(jù)的快慢，以上面講的為例，如果脈沖的周期為1秒鐘，也就是1Hz,那么傳輸一個(gè)字節(jié)就需要8秒鐘；如果脈沖的周期為1毫秒，也就是1KHz,那么輸出一個(gè)字節(jié)只需要8毫秒。這下你就理解通信的速率是什么意思了吧？
I2C通信，SPI通信，只不過是在我剛才講的例子上面，又多了一些協(xié)議內(nèi)容。具體的協(xié)議，你們隨便找一個(gè)I2C和SPI通信接口的芯片看一下時(shí)序圖就可以了。我們要做的，就是用單片機(jī)的引腳，把它的時(shí)序做出來。

我是瑞生，毫無保留的給大家透露電子設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不定時(shí)分享實(shí)用的落地的電子設(shè)計(jì)技巧,希望能夠幫助到大家。

ID:26275 · 發(fā)表于 2018-6-7 21:22

看到你還是15年底發(fā)的帖子，還沒什么回帖，現(xiàn)在學(xué)單片機(jī)的，很少有人學(xué)原理和底層基礎(chǔ)了，都是看個(gè)大概的教程，然后照搬教程例程里寫好的程序做修改而已，99%的人估計(jì)連那語句都理解不通
這不禁讓我想起了學(xué)加減法，學(xué)單片機(jī)無非就是學(xué)加減乘除的公式，剩下的，就是自己在做東西時(shí)的應(yīng)用運(yùn)算了，我學(xué)i2c的時(shí)候，曾經(jīng)有過這樣一個(gè)認(rèn)為，不曉得對不對， i2c，和SPI一樣，是不是可以理解為就是單片機(jī)與其他芯片之間的通信？

ID:250287 · 發(fā)表于 2018-6-25 20:08

哇剛接觸I2C 很有用！可惜真沒人回帖。

ID:205182 · 發(fā)表于 2018-6-25 23:43

頂一頂樓主

ID:643751 · 發(fā)表于 2020-2-18 20:31

支持寫的很底層耐心看完排除了對協(xié)議的恐懼對I2C和SPI有了一定的認(rèn)識。

ID:535242 · 發(fā)表于 2020-2-22 13:50

現(xiàn)在正在學(xué)習(xí) 贊一個(gè)

ID:195690 · 發(fā)表于 2020-3-23 17:14

學(xué)習(xí)了，贊一個(gè)

ID:233015 · 發(fā)表于 2020-3-23 23:04

確實(shí)寫的好，贊一個(gè)。

ID:705423 · 發(fā)表于 2020-4-9 23:57

很棒學(xué)到了

ID:66287 · 發(fā)表于 2020-4-10 08:15

樓主不容易，頂一個(gè)

ID:725710 · 發(fā)表于 2020-4-10 09:32

寫得通俗易懂。

ID:726052 · 發(fā)表于 2020-4-10 10:10

能不能下載？

ID:733743 · 發(fā)表于 2020-4-25 17:56

踩踩，學(xué)到了

ID:868042 · 發(fā)表于 2021-1-20 21:30

確實(shí)寫的好,

ID:582255 · 發(fā)表于 2021-1-22 20:43

很少有人有耐心寫這些啊，頂

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