I2C和SPI总线的对比

1.I2C总线及其工作原理

    微控制器和各种传感器的通信一般是通过I2C 总线（Inter－IntegratedCircuit）。
    I2C 串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。I2C 的工作原理如图所示，主机在SCL 线上产生自己的时钟来传输I2C 总线上的数据，数据只在时钟的高电平周期有效，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲，数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变，当SCL 为高电平时，SDA 的改变表示“开始”和“停止”状态，即SDA 由高电平转入低电平表示开始，该命令必须在其它命令前执行；SDA 由低电平转入高电平表示停止状态，该命令可终止所有通讯。

    在开始条件后，SCL 低电平期间，SDA 允许变化，每位数据需一个时钟脉冲，当SCL 为高时，SDA 必须稳定，主控器在应答时钟脉冲高电平期间释放SDA 线，转由接收器控制。相同总线上的设备在收到数据后，以置SDA 为低电平的方式对其确认。总线不忙时，数据线和时钟线保持为高电平。

    仿真：

    用keil C语言写出I2C总线传输的代码，编译通过后写入MCU的程序ROM中，测试是否能按照总线的协议正常工作。

    首先，对MC8051 的端口加以命名：
        Sbit sda=P1^7
        Sbit scl=P1^6
    启动函数：在SCL 为高时，给出SDA 的下降沿，即为启动信号。
    停止函数：在SCL 为高时，给出SDA 的上升沿，即为停止信号。
    发送函数：向I2C 总线写数据，每次写8 位。首先拉低SCL，然后使发送数据左移，用SDA 发送一位数据，再拉高SCL 以给出上升沿，发出SDA的状态值。
    接受函数：从I2C 总线读数据，每次读8 位。首先拉高SCL，然后接受值左移一位把低位和SDA 相或得到SDA 的状态值，再拉低SCL 以给出下降沿。

    举例说明：利用MCU 程序控制传送数据12，二进制表示为00001100。Modelsim 的仿真结果如图所示，可见sda 即P1[7]上传输数据，scl 即P1[6]上的状态改变控制了时钟，时序与协议要求完全符合。

 

    2.SPI总线及其工作原理

    微控制器和无线收发器模块的通信一般是通过SPI 总线（Serial Peripheral interface）。
    SPI 就是串行外围设备接口，是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB 的布局上节省空间，提供方便。
    该接口一般使用4 条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI 和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI 接口芯片带有中断信号线INT 或INT、有的SPI 接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。
    SPI 的工作模式有两种：主模式和从模式，无论那种模式，都支持3Mbit/s的速率，并且还具有传输完成标志和写冲突保护标志。

    仿真：

    对于不带SPI 串行总线接口的MC8051 来说，可以使用软件来模拟SPI的操作，包括串行时钟、数据输入和数据输出。对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序是不同的。
    用keil C 语言写出I2C总线传输的代码，编译通过后写入MCU 的程序ROM 中，测试是否能按照总线的协议正常工作。
    首先，对MC8051 的端口加以命名：
        Sbit MISI=P1^0
        Sbit MISO=P1^3
        Sbit SCK=P1^1
        Sbit SS=P1^2
    发送函数：向SPI 总线写数据，每次写8 位。首先拉低SCK，然后使发送数据左移，用MISI发送一位数据，再拉高SCL 以给出时钟的上升沿以发出数据。
    接受函数：从SPI 总线读数据，每次读8 位。首先拉低SCK，然后接受值左移一位把低位和MISO相或得到接受数据该位的状态值，再拉高SCL以给出上升沿。

    举例说明：利用MCU 程序控制传送数据23，二进制表示为00010111。Modelsim 的仿真结果如图所示，SCK 即P1[1]上产生的是串行时钟信号，SS 即P1[2]上产生片选信号。此时情况为发送信号，而MCU为主机，因此MISI即P1[0]上的信号是主机输出即MCU 发送的数据，而MISO 即P1[3]上没有信号的变化。