深入解析：SPI与I2C通信协议的性能比较（内附资料）

在嵌入式系统中，SPI（串行外设接口）和I2C（互连集成电路）是两种广泛使用的通信协议。它们各自具有独特的性能特点和应用场景。本文将深入解析这两种通信协议，并在STM32微控制器上进行性能比较。

1. 引言

SPI和I2C都是串行通信协议，用于微控制器与外设之间的数据交换。选择合适的通信协议对于确保系统的性能和可靠性至关重要。

2. SPI通信协议

SPI是一种高速、全双工的通信协议，通常用于数据传输速率较高的场景。

2.1 SPI特点

高速数据传输：SPI支持较高的数据传输速率。
全双工通信：可以同时发送和接收数据。
多主设备支持：理论上可以有多个主设备，但实践中通常只有一个。
专用引脚：需要4根引脚（SCLK、MOSI、MISO、CS）。

2.2 SPI在STM32中的实现

以下是STM32中实现SPI通信的示例代码：

#include "stm32f10x.h"void SPI_Init(void) {SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}uint8_t SPI_ReadWriteByte(uint8_t byte) {SPI_I2S_SendData(SPI1, byte);while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

3. I2C通信协议

I2C是一种多主机、多从设备的通信协议，以其简单的双线接口而受到青睐。

3.1 I2C特点

多主机支持：可以有一个或多个主设备。
多从设备支持：可以连接多个从设备。
低速到中速数据传输：数据传输速率低于SPI。
仅有两根信号线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）。

3.2 I2C在STM32中的实现

以下是STM32中实现I2C通信的示例代码：

#include "stm32f10x.h"void I2C_Init(void) {I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}void I2C_WriteByte(uint8_t deviceAddr, uint8_t regAddr, uint8_t data) {I2C_Start(I2C1);I2C_Send7bitAddress(I2C1, deviceAddr);I2C_SendData(I2C1, regAddr);I2C_WaitAck(I2C1);I2C_SendData(I2C1, data);I2C_WaitAck(I2C1);I2C_Stop(I2C1);
}uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t deviceAddr, uint8_t regAddr) {I2C_Start(I2C1);I2C_Send7bitAddress(I2C1, deviceAddr);I2C_SendData(I2C1, regAddr);I2C_WaitAck(I2C1);I2C_Start(I2C1);I2C_Send7bitAddress(I2C1, deviceAddr | 0x01);uint8_t data = I2C_ReceiveData(I2C1);I2C_Stop(I2C1);return data;
}