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SPI（Serial Peripheral Interface）和I²C（Inter-Integrated Circuit）是两种常用的嵌入式外设通信协议，它们各有优缺点，适用于不同的场景。以下是它们的详细对比：

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1. 基本概念

SPI（Serial Peripheral Interface）

• 特点：全双工、高速、同步串行通信协议。
• 通信方式：主从模式，通常由一个主设备和一个或多个从设备组成。
• 信号线：
  • SCLK（Serial Clock）：时钟信号，由主设备产生。
  • MOSI（Master Out Slave In）：主设备发送数据，从设备接收数据。
  • MISO（Master In Slave Out）：从设备发送数据，主设备接收数据。
  • SS/CS（Slave Select/Chip Select）：片选信号，用于选择从设备。

I²C（Inter-Integrated Circuit）

• 特点：半双工、低速、同步串行通信协议。
• 通信方式：主从模式，支持多主设备和多从设备。
• 信号线：
  • SCL（Serial Clock）：时钟信号，由主设备产生。
  • SDA（Serial Data）：双向数据线，用于发送和接收数据。

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2. 主要区别

特性	SPI	I²C
通信方式	全双工	半双工
信号线数量	4条（SCLK、MOSI、MISO、SS/CS）	2条（SCL、SDA）
速度	高速（通常可达几十MHz）	低速（标准模式100kHz，快速模式400kHz）
设备寻址	通过硬件片选（SS/CS）选择从设备	通过软件地址选择从设备（7位或10位地址）
多设备支持	需要多个片选信号	支持多主设备和多从设备
硬件复杂度	较高（需要更多引脚）	较低（引脚少，硬件简单）
协议复杂度	简单（无复杂的协议规则）	较复杂（需要地址、ACK/NACK等机制）
功耗	较高（高速通信）	较低（低速通信）
应用场景	高速数据传输（如存储器、显示器）	低速设备控制（如传感器、EEPROM）

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3. 优缺点对比

SPI的优点

• 高速通信，适合大数据量传输。
• 全双工通信，数据可以同时发送和接收。
• 协议简单，易于实现。

SPI的缺点

• 需要较多的引脚（每个从设备需要一个片选信号）。
• 不支持多主设备。
• 硬件复杂度较高。

I²C的优点

• 引脚少，硬件设计简单。
• 支持多主设备和多从设备。
• 适合低速设备控制。

I²C的缺点

• 通信速度较慢。
• 协议较复杂，需要处理地址、ACK/NACK等机制。
• 总线长度受限，抗干扰能力较弱。

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4. 典型应用场景

SPI

• 存储器：如Flash、EEPROM。
• 显示器：如OLED、TFT屏幕。
• 传感器：如高速ADC、DAC。

I²C

• 传感器：如温度传感器、加速度计。
• EEPROM：如存储配置数据。
• 低速外设：如RTC（实时时钟）、GPIO扩展器。

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5. 选择建议

• 选择SPI：

  • 需要高速数据传输。
  • 通信距离较短。
  • 引脚资源充足。

• 选择I²C：

  • 引脚资源有限。
  • 需要连接多个低速设备。
  • 通信距离较短且干扰较小。

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6. 示例代码

SPI通信示例（Arduino）

#include <SPI.h>void setup() {SPI.begin(); // 初始化SPIdigitalWrite(SS, HIGH); // 禁用从设备
}void loop() {digitalWrite(SS, LOW); // 选择从设备byte received = SPI.transfer(0x55); // 发送数据并接收响应digitalWrite(SS, HIGH); // 禁用从设备delay(1000);
}

I²C通信示例（Arduino）

#include <Wire.h>void setup() {Wire.begin(); // 初始化I²C
}void loop() {Wire.beginTransmission(0x50); // 开始传输，指定从设备地址Wire.write(0x00); // 发送数据Wire.endTransmission(); // 结束传输Wire.requestFrom(0x50, 1); // 请求从设备发送1字节数据byte received = Wire.read(); // 读取数据delay(1000);
}

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通过以上对比，可以根据具体需求选择合适的通信协议。如果需要高速数据传输，SPI是更好的选择；如果需要连接多个低速设备且引脚资源有限，I²C更为合适。