SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别和SPI接口介绍，以及SPI接口详解

　　SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别

　　第一个区别当然是名字：

　　SPI（Serial Peripheral Interface：串行外设接口）;

　　I2C（INTER IC BUS）

　　UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器）

　　第二，区别在电气信号线上：

　　SPI总线由三条信号线组成：串行时钟（SCLK）、串行数据输出（SDO）、串行数据输入（SDI）。SPI总线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备（Master），其他设备为SPI从机或从设备（Slave）。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。

　　如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口（SDO），一个输入口（SDI），另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。

　　I2C总线是双向、两线（SCL、SDA）、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。

　　如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口（SDA），另外还需一个输出口（SCL）。（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备）

　　UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器（产生的波特率等于传输波特率的16倍）、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。

　　显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。

　　第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；

　　第四，看看牛人们的意见吧！

　　wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。

　　quickmouse：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。

　　SPI接口介绍（转）

　　这几天碰到了使用SPI接口的flash，才知道flash还可以是串行的，看来以前真是井底之蛙啊，找了一些SPI接口的资料都不全，后来找到一点英文资料，翻译了一下，加上我的个人理解，凑成一篇了，希望对初学者有点帮助。

　　SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”，意为串行外围接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

　　SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，地位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。

　　SPI接口是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件，其接口包括以下四种信号：

　　（1）MOSI – 主器件数据输出，从器件数据输入

　　（2）MISO – 主器件数据输入，从器件数据输出

　　（3）SCLK – 时钟信号，由主器件产生

　　（4）/SS – 从器件使能信号，由主器件控制

　　

　　在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。

　　在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

　　

　　SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在SCLK的下降沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。

　　

　　SPI接口内部硬件图示：（见下文）

　　

　　最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

　　详细剖析SPI串口总线连接方法：

　　SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。正是由于有了通信方式，我们才能够通过芯片控制各种各样的外围器件，实现很多“不可思议”的现代科技。这里将以SPI为题，从编程角度来介绍SPI总线。

　　1、SPI协议简介

　　SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，由于其简单易用的特性，现在很多的nor flash和nandflash芯片集成了这种通信协议，也就是我们说的SPI flash。

　　2、应用及现状

　　SPI flash 芯片应用十分广泛，在很多电子产品上面或多或少都有它的踪影，如手机、数码、液晶显示器、机顶盒、电脑主板等。最近，有消息透露，苹果新手机iPhone 8将导入采用编码型快闪存储（NOR Flash），让已经处于缺货状态的NOR芯片更为恼火，另外据存储业者透露，今年NOR芯片供给缺口将可能扩大至20%。

　　3、解剖SPI总线

　　SPI 接口一般使用 4 条线通信，MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。SCLK 时钟信号，由主设备产生。CS 从设备片选信号，由主设备控制。

　　SPI接口在Master控制下产生的从器件使能信号和时钟信号，两个双向移位寄存器按位传输进行数据交换，传输数据高位在前，低位在后（MSB）。在SCK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。

　　4、解剖SPI flash

　　搞懂了SPI协议之后，下面就让小编来带你轻松操作SPI flash芯片。对flash芯片的操作，一般包括对flash芯片的擦除，编程和读取，各大厂商的SPI flash芯片都大同小异，操作命令基本是没什么变化的，当我们拿到一款芯片，要特别注意芯片的容量，操作分区，下面以旺宏的芯片为例为大家讲解。

　　其实，无论是对芯片的擦除，编程还是读取操作，我们大致可以按照以下的套路来：写命令---写地址---写（读）数据。正如以下的时序图一样清晰明了，我们先把片选信号拉低，再发个0x02页编程命令，再发个地址，就可以轻松写数据了。

　　依样画葫芦，擦除操作也是一样，甚至更简单，但是我们要注意循环判断状态寄存器的WIP位直至为0为擦除完成，具体循环时间视芯片而定。

　　另外，我们要特别注意SPI flash的 OTP区，即（ONE TIME PROGRAMMABLE），也就是说这个区域只能编程一次，编程之后不能再修改及擦除，因此我们操作的时候要特别注意。对OTP区域的读写之前，我们首先要发送进入OTP区域的命令，其他的操作和以上普通flash区域的操作是一样的。

　　掌握以上方法，我们就可以轻松操作SPI flash芯片了，当然，对时序这种底层的操作，还需要不断学习和积累