几种通信方式介绍（二）————总线通信介绍（SPI、I2C、单总线）

一、SPI总线
SPI (Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）是一种全双工同步串行外设接口总线，主要用于MCU与外围设备的串口通信。它由四根线构成：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）和低电平有效从机选择线（CS）SS。

/CS：片选信号线，当有多个从SPI设备与主SPI设备相连时，可以通过片选线选择通信的从设备
MOSI：主设备输出/从设备输入线
MISO：主设备输入/从设备输出线
SCK：时钟信号线，由主设备输出时钟信号进行数据同步和通信控制

SPI通信时序：

图中NSS为片选信号/CS，NSS由高电平变为低电平时为SPI通讯的起始信号，NSS由低电平变为高电平为SPI通讯的停止信号，触发和采样在时钟信号的上升沿还是下降沿主要取决于配置的SPI通讯模式。

SPI四种通讯模式：

SPI模式	时钟极性(CPOL)	时钟相位(CPHA)	SCK有效时状态	采样边沿
0	0	0	高电平	第一边沿
1	0	1	高电平	第二边沿
2	1	0	低电平	第一边沿
3	1	1	低电平	第二边沿

如图为CPHA=0，第一边沿采样。当CPOL=0时，高电平为SCK有效状态，在高电平第一个沿（上升沿）采样；当CPOL=1时，低电平为SCK有效状态，在低电平第一个沿（下降沿）采样。当CPHA=1时，第二边沿采样，按照CPHA=0的情况类推。

1.SPI的数据传输格式一般为高位在前，低位在后，一般情况下只有一个主机，可以有多个从机，当主机通过选择线选中从机时，从机才能通过数据线接收主机数据或向主机发送数据，通过主机的时钟线使主从机保存时钟同步。

2.SPI通信速率一般在10Mbps，有的SPI器件通信速率已达50Mbps，SPI通信速率受主设备时钟频率的限制，一般主设备支持的SCK最高频率为fpclk/2(例如STM32F1默认时钟频率为72MHz，则挂载在高速时钟APB2的SPI外设最高时钟频率可设为36MHz，挂载在低速时钟APB1的SPI外设最高通信速率为18Mbps)。

二、I2C总线
I2C (Inter-Integrated Circuit，内部集成电路)是一种串行总线，主要运用于同一电路板内的器件通信。它只有两根信号线：数据线(SDA)和时钟线(SCL)，同时I2C通讯管脚时序可以使用一般IO口进行模拟，能有效减少对IO口资源的占用。I2C协议规定了100K（标准模式）,400K（快速模式）和3.4M（高速模式）三种通信速率，一般应用于同一电路板内较低速率的通信。

一般I2C通信接口需要外接上拉电阻，一般取10k，开漏电压输出一般取5V或3.3V，图为典型连接电路。一些I2C器件的供电电压兼容5V和3.3V，也有一些器件限制在3.3V以内，需要仔细查看数据手册，避免器件损坏。

SDA：双向串行数据线，
SCL：串行时钟线，用于数据收发同步
一个IIC通讯总线可以接入多个IIC设备，支持多主机和多从机通讯。每个连接到总线上的IIC设备都有一个独立的地址，主机通过对从机寻址与从机建立通讯，总线上挂载相同从机设备的个数受相同从机寻址地址的限制。具体应用可查看：几种数字传感器介绍（一）————温湿度传感器（HDC1080）

三、单总线
单总线（1-Wire）是串行拓展总线，只有一根数据输入输出线，所有的器件都挂在这根总线上，典型应用是DS18S20数字温度传感器的数据读取。单总线具体可参看：单总线原理