I2C和SPI总线协议知识要点整理.doc

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1、I2C和SPI总线协议知识要点整理　　现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见IIC(Inter-IntegratedCircuit)和SPI(SerialPeripheralInterface)的身影。原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips（forIIC）和Motorola（forSPI）出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信协议。　　IIC开发于1982年，当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一，而最初的嵌入系统是使用内存映射（memory-mappedI/O）的方式来互联微控制器和外围设备的

2、。要实现内存映射，设备必须并联入微控制器的数据线和地址线，这种方式在连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片，很不方便并且成本高。　　为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片，使印刷电路板更简单，成本更低，位于荷兰的Philips实验室开发了‘Inter-IntegratedCircuit’，IIC或IIC，一种只使用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线速度为100kbps。经历几次修订，主要是1995年的400kbps，1998的3.4Mbps。　　有迹象表明，SPI总线首次推出是在1979年，Motorola公司将SPI总线集成在他们第一支改自

3、68000微处理器的微控制器芯片上。SPI总线是微控制器四线的外部总线（相对于内部总线）。与IIC不同，SPI没有明文标准，只是一种事实标准，对通信操作的实现只作一般的抽象描述，芯片厂商与驱动开发者通过datasheets和applicationnotes沟通实现上的细节。　　SPI　　对于有经验的数字电子工程师来说，用SPI互联两支数字设备是相当直观的。SPI是种四根信号线协议（如图）：　　　　SCLK:SerialClock(outputfrommaster);MOSI;SIMO:MasterOutput,SlaveInput(outputfrommaster);MISO;

4、SOMI:MasterInput,SlaveOutput(outputfromslave);SS:SlaveSelect(activelow,outputfrommaster).SPI是［单主设备（single-master）］通信协议，这意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写［从设备］时，它首先拉低［从设备］对应的SS线（SS是低电平有效），接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，［主设备］把信号发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”，如下图：　　　　　　IIC　　与SPI的单主设备不同，IIC是多主设备的总线，IIC没

5、有物理的芯片选择信号线，没有仲裁逻辑电路，只使用两条信号线——‘serialdata’(SDA)和‘serialclock’(SCL)。IIC协议规定：　　第一，每一支IIC设备都有一个唯一的七位设备地址；　　第二，数据帧大小为8位的字节；　　第三，数据（帧）中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向（读写）和应答机制。　　IIC数据传输速率有标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）和高速模式（3.4Mbps），另外一些变种实现了低速模式（10kbps）和快速+模式（1Mbps）。　　物理实现上，IIC总线由两根信号线和一根地线组成。两根信号线都是双向传输的，参

6、考下图。IIC协议标准规定发起通信的设备称为主设备，主设备发起一次通信后，其它设备均为从设备。　　　　当主设备收到应答后便开始传送或接收数据。数据帧大小为8位，尾随一位的应答信号。主设备发送数据，从设备应答；相反主设备接数据，主设备应答。当数据传送完毕，主设备发送一个STOP信号，向其它设备宣告释放总线，其它设备回到初始状态。　　　　　　在物理实现上，SCL线和SDA线都是漏极开路（open-drain），通过上拉电阻外加一个电压源。当把线路接地时，线路为逻辑0，当释放线路，线路空闲时，线路为逻辑1。基于这些特性，IIC设备对总线的操作仅有“把线路接地”——输出逻辑0。　　II

7、C总线设计只使用了两条线，但相当优雅地实现任意数目设备间无缝通信，堪称完美。我们设想一下，如果有两支设备同时向SCL线和SDA线发送信息会出现什么情况。　　基于IIC总线的设计，线路上不可能出现电平冲突现象。如果一支设备发送逻辑0，其它发送逻辑1，那么线路看到的只有逻辑0。也就是说，如果出现电平冲突，发送逻辑0的始终是“赢家”。　　总线的物理结构亦允许主设备在往总线写数据的同时读取数据。这样，任何设备都可以检测冲突的发生。当两支主设备竞争总线的时候，“赢家”并不知道竞争的发生，只有“输家”发