SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit）是兩種常用的嵌入式外設通信協議，它們各有優缺點，適用于不同的場景。以下是它們的詳細對比：

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1. 基本概念

SPI（Serial Peripheral Interface）

• 特點：全雙工、高速、同步串行通信協議。
• 通信方式：主從模式，通常由一個主設備和一個或多個從設備組成。
• 信號線：
  • SCLK（Serial Clock）：時鐘信號，由主設備產生。
  • MOSI（Master Out Slave In）：主設備發送數據，從設備接收數據。
  • MISO（Master In Slave Out）：從設備發送數據，主設備接收數據。
  • SS/CS（Slave Select/Chip Select）：片選信號，用于選擇從設備。

I2C（Inter-Integrated Circuit）

• 特點：半雙工、低速、同步串行通信協議。
• 通信方式：主從模式，支持多主設備和多從設備。
• 信號線：
  • SCL（Serial Clock）：時鐘信號，由主設備產生。
  • SDA（Serial Data）：雙向數據線，用于發送和接收數據。

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2. 主要區別

特性	SPI	I2C
通信方式	全雙工	半雙工
信號線數量	4條（SCLK、MOSI、MISO、SS/CS）	2條（SCL、SDA）
速度	高速（通常可達幾十MHz）	低速（標準模式100kHz，快速模式400kHz）
設備尋址	通過硬件片選（SS/CS）選擇從設備	通過軟件地址選擇從設備（7位或10位地址）
多設備支持	需要多個片選信號	支持多主設備和多從設備
硬件復雜度	較高（需要更多引腳）	較低（引腳少，硬件簡單）
協議復雜度	簡單（無復雜的協議規則）	較復雜（需要地址、ACK/NACK等機制）
功耗	較高（高速通信）	較低（低速通信）
應用場景	高速數據傳輸（如存儲器、顯示器）	低速設備控制（如傳感器、EEPROM）

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3. 優缺點對比

SPI的優點

• 高速通信，適合大數據量傳輸。
• 全雙工通信，數據可以同時發送和接收。
• 協議簡單，易于實現。

SPI的缺點

• 需要較多的引腳（每個從設備需要一個片選信號）。
• 不支持多主設備。
• 硬件復雜度較高。

I2C的優點

• 引腳少，硬件設計簡單。
• 支持多主設備和多從設備。
• 適合低速設備控制。

I2C的缺點

• 通信速度較慢。
• 協議較復雜，需要處理地址、ACK/NACK等機制。
• 總線長度受限，抗干擾能力較弱。

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4. 典型應用場景

SPI

• 存儲器：如Flash、EEPROM。
• 顯示器：如OLED、TFT屏幕。
• 傳感器：如高速ADC、DAC。

I2C

• 傳感器：如溫度傳感器、加速度計。
• EEPROM：如存儲配置數據。
• 低速外設：如RTC（實時時鐘）、GPIO擴展器。

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5. 選擇建議

• 選擇SPI：

  • 需要高速數據傳輸。
  • 通信距離較短。
  • 引腳資源充足。

• 選擇I2C：

  • 引腳資源有限。
  • 需要連接多個低速設備。
  • 通信距離較短且干擾較小。

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6. 示例代碼

SPI通信示例（Arduino）

#include <SPI.h>void setup() {SPI.begin(); // 初始化SPIdigitalWrite(SS, HIGH); // 禁用從設備
}void loop() {digitalWrite(SS, LOW); // 選擇從設備byte received = SPI.transfer(0x55); // 發送數據并接收響應digitalWrite(SS, HIGH); // 禁用從設備delay(1000);
}

I2C通信示例（Arduino）

#include <Wire.h>void setup() {Wire.begin(); // 初始化I2C
}void loop() {Wire.beginTransmission(0x50); // 開始傳輸，指定從設備地址Wire.write(0x00); // 發送數據Wire.endTransmission(); // 結束傳輸Wire.requestFrom(0x50, 1); // 請求從設備發送1字節數據byte received = Wire.read(); // 讀取數據delay(1000);
}

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通過以上對比，可以根據具體需求選擇合適的通信協議。如果需要高速數據傳輸，SPI是更好的選擇；如果需要連接多個低速設備且引腳資源有限，I2C更為合適。