I2C vs SPI:diferenças que você deve saber

Você está projetando um projeto e é crucial escolher entre I2C ou SPI? Mas você não sabe qual escolher? Se sim, ajudaremos você a decidir qual é o melhor para o seu projeto.

Primeiro, o I2C e o SPI são protocolos “low-end”. Mas eles são fáceis de usar e funcionam perfeitamente para comunicação entre os chips da sua PCB.

No entanto, selecionar o protocolo errado para o seu projeto pode resultar em resultados indesejáveis. No entanto, estamos aqui para ajudá-lo a entender a diferença entre esses dois protocolos semelhantes.

Você está pronto? Vamos começar!

O que é um protocolo SPI?

Na década de 1980, a Motorola desenvolveu o protocolo SPI para estabelecer comunicação entre os microcontroladores da época com outros periféricos como EEPROM.

EEPROM

Assim, o protocolo SPI utiliza quatro linhas de sinal para comunicação entre as partes. No entanto, é crucial notar que estes não incluem as linhas de terra e energia. Aqui estão as quatro linhas de sinal ativas:

• SS:linha Slave Select (controlada pelo SPI mestre)
• MOSI:Master Out Slave In (controlado pelo master SPI)
• SCLK:Relógio serial (controlado pelo SPI mestre)
• MISO:Master In Slave Out (controlado pelo dispositivo SPI master)

Nesta nota, as quatro linhas permitem que um SPI mestre (dispositivo de controle) se comunique com um SPI escravo (dispositivo periférico).

Interface de protocolo SPI

Além disso, você só pode ter um dispositivo controlador em um barramento SPI. Mas não há limite para o número de periféricos que você pode adicionar. Além disso, adicionar mais periféricos significa aumentar as linhas SS. Portanto, aqui está uma ilustração de como você pode usar três linhas SS separadas para controlar diferentes periféricos.

Interface de protocolo SPI com várias pessoas escravizadas

Além disso, quando o SPI mestre deseja se comunicar com os periféricos enviando ou recebendo dados, ele puxa a linha SS correspondente. Consequentemente, a linha estará abaixo. Assim, a linha SCLK é ativada e é alta e baixa em uma frequência definida.

Além disso, o SPI mestre usa a linha MISO para enviar dados e amostras simultaneamente. Além disso, lembre-se de que só pode haver comunicação entre um periférico e o SPI mestre por vez.

O que é um I2C

Alternativamente, em 1982, a Philips Semiconductors (agora NXP Semiconductors) desenvolveu o primeiro protocolo I2C para sistematizar as comunicações entre chips em um PCB.

Ao contrário de sua contraparte SCI, o protocolo I2C possui duas linhas de comunicação – excluindo as linhas de terra e de energia. Essas linhas incluem:

• SDA:linha de dados seriais
• SCL:linha de relógio serial

Assim, você pode conectar qualquer número de dispositivos escravizadores e agentes a um barramento. Além disso, você deve manter as linhas SCL e SDA como linhas de drenagem aberta. Como resultado, seus dispositivos terão apenas uma linha baixa por vez. Além disso, você precisará de um resistor pull-up em seus tubos. Dessa forma, você pode puxar sua linha de volta para o alto.

Interface de protocolo I2C

Devido ao design de drenagem aberta do protocolo I2C, você pode usar vários mestres no mesmo barramento. Mas se dois dispositivos controladores começarem a se comunicar simultaneamente, haverá uma arbitragem que fará com que um dos dispositivos pare de transmitir.

Enquanto isso, os dispositivos controladores monitoram a linha SDA enquanto a comunicação ocorre. Portanto, se um dispositivo detectar que a linha SDA está baixa durante a transmissão, ele interromperá o envio. E isso permite que outro dispositivo controlador se comunique.

Além disso, o dispositivo I2C do controlador transmitirá uma condição START para iniciar a comunicação. Consequentemente, a linha SDA estará baixa enquanto a linha SCL permanecerá alta.

Em seguida, o dispositivo controlador transmitirá um endereço de 7 bits do destinatário para o qual deseja enviar e um bit de leitura (1) ou bit de gravação (0). Neste ponto, um dispositivo no barramento só responderá se tiver um endereço de taxa de 7 bits correspondente, tornando a linha SDA baixa.

Diferenças entre o I2C e o SPI

Tanto o SPI quanto o I2C são semelhantes porque são protocolos “low-end”. Além disso, ambos os protocolos não têm a velocidade e outros recursos oferecidos por seus primos de peso pesado (SATA, Ethernet, USB e outros).

Mas quando se trata dos princípios e recursos de trabalho. Vamos dar uma olhada nas diferenças entre os dois protocolos.

Conector USB

Primeiro, você pode definir quatro modos diferentes no protocolo SPI para determinar como o relógio funciona. E para que a comunicação funcione, os dispositivos escravizador e agente devem usar o mesmo modelo.

1. Modo 0:dados amostrados em uma borda de clock ascendente, clock ocioso baixo
2. Modo 1:dados amostrados na borda de clock decrescente, clock ocioso baixo
3. TMode 2:dados amostrados na borda de clock decrescente, clock ocioso alto
4. Modo 3:dados amostrados em uma borda de clock ascendente, clock ocioso alto

Além disso, as velocidades de transferência de dados SPI podem ultrapassar 10 Mbps, tornando-o perfeito para transferir grandes quantidades de dados. Além disso, você pode encontrar protocolos SPI em sensores com taxas de atualização rápidas, como LCDs e acelerômetros.

LCD

Alternativamente, o I2C só pode enviar dados no pacote de um byte de cada vez. Além disso, o periférico receptor deve reconhecer cada byte com um bit ACK. Além disso, o protocolo I2C possui três modos com diferentes velocidades de transferência de dados.



Bit de ACK

O modelo padrão atinge um máximo de 100 kbps, o modo rápido atinge 400 kbps e o modo de alta velocidade atinge o máximo de 3,4 Mbps. Portanto, o protocolo I2C é significativamente mais lento que o protocolo SPI. Como resultado, os protocolos I2C funcionam melhor em sensores de temperatura e conversores analógico-digitais.

Sensores de temperatura

Comparando I2C e SPI

A tabela abaixo mostra ainda as diferenças significativas entre o I2C e o SPI:

Recurso	SPI	I2C
Pin drive	Modo push-pull	Modo de drenagem aberta
Máx. Velocidade	Nenhum (mas você pode encontrar de 10 a 100 Mbps)	100 kbps (método padrão)400 kbps (modo rápido)3,4 Mbps (modo de alta velocidade)
Multi-mestre	Não	Sim
Linhas de sinal	4 (dispositivos extras adicionam linhas extras)	2
Não. de Periféricos	O número de pinos disponíveis para linhas SS no SPI mestre é o único limite para o número de periféricos que você pode ter	Máx. de 112 com endereçamento de 7 bits
Controle de fluxo	Não	Sim

Protocolos SPI x I2C – Prós e contras

SPI 

Prós

• Os protocolos SPI consomem uma pequena quantidade de energia
• Também suporta comunicações full-duplex de alta velocidade

Contras

• Existem diferentes versões e variantes personalizadas que causam problemas de compatibilidade
• Você precisa de linhas de sinal extras para se comunicar com vários periféricos no mesmo barramento
• Suporta apenas comunicações de curta distância. Você não pode transferir dados para dispositivos em placas separadas

I2C 

Prós

• Você não precisa de linhas adicionais para controlar vários dispositivos no mesmo barramento
• Pode transmitir dados para outros PCBs, mas com baixa velocidade de transmissão
• Tem uma sensibilidade de ruído mais baixa
• Pode transmitir dados em distâncias maiores
• Menos caro de usar que o SPI

Contras

• As velocidades de transferência são mais lentas que SPI
• Usa mais energia do que o protocolo SPI
• A falha de um dispositivo para liberar o barramento de comunicação pode bloquear o protocolo I2C

Fatores que você deve considerar ao escolher entre SPI e I2C

A seleção do melhor protocolo para o seu projeto vai além do preço. Então, aqui estão algumas coisas a considerar antes de fazer sua escolha:

Pins limitados

Aqui estão as vantagens e desvantagens dos protocolos SPI e I2C:se você não gosta de usar microcontroladores com mais de 100 pinos, esse é um fator crucial a ser considerado. Neste caso, deverá optar por um protocolo que exija menos linhas para comunicações.

Poder

Dependendo do seu projeto, você pode querer minimizar ou maximizar o consumo de energia. Portanto, você deve garantir que escolhe um protocolo que melhor se adapte às suas necessidades de consumo.

Velocidade

Quando se trata de transferir dados em grandes quantidades, cada microssegundo é crucial. Portanto, se a velocidade é o que você precisa, escolha um protocolo que atenda aos seus padrões de velocidade.

Tamanho do PCB

É vital considerar o tamanho do seu PCB antes de escolher qualquer protocolo. Consequentemente, você aumentará suas chances de obter resultados desejáveis.

Escolha entre SPI e I2C

Aqui estão os recursos de cada protocolo para ajudá-lo a tomar a melhor decisão para seu projeto:

Recursos	SPI	I2C
Velocidade	Se seu projeto requer transmissões de alta velocidade, o protocolo SPI é a melhor escolha.	Você pode escolher I2C para designs para dispositivos de baixa velocidade
Tamanho do PCB	Se você não se importa com o tamanho do seu PCB, não há como errar com SPI ou I2C.	Se o seu PCB tiver um tamanho menor e menos faixas, considere escolher o I2C
Pins limitados	Vá para o protocolo SPI se não se importar em adicionar linhas extras para comunicação.	Se você não se sente confortável com muitas faixas, o I2C é a escolha ideal.
Poder	Para dispositivos de baixo consumo de energia, use o protocolo SPI	Para dispositivos de maior consumo de energia, use o protocolo I2C

Compreendendo a UART

UARTs são circuitos físicos em um integrado ou microcontrolador que estabelecem comunicação serial entre dispositivos em sistemas embarcados.

Além disso, quando você está lidando com comunicação UART, sempre há comunicação direta entre o transmissor UART e o receptor UART.

UART x I2C x SPI

Em contraste com outros protocolos de comunicação como SPI e I2C, a UART é puramente física. Além disso, ele não usa um paradigma mestre/escravo para se comunicar. Em vez disso, o microcontrolador usa dois dispositivos UART para enviar e receber dados. Além disso, você só precisa de dois fios para comunicação UART. E os cabos ajudarão a transmitir dados do pino Tx do transmissor para o pino Rx do receptor.

Interface de protocolo UART

Arredondando

Na realidade, os protocolos SPI e I2C são utilizados em diversas aplicações. Às vezes, você pode se deparar com dispositivos que apresentam interfaces SPI e I2C em um chip. Assim, você não precisa escolher entre os dois.

No entanto, se você precisar escolher entre os dois protocolos, o SPI é melhor para projetos que precisam de velocidades de transferência mais rápidas. Por outro lado, se o seu microcontrolador tiver pinos limitados, o protocolo I2C funcionaria melhor.

Tem alguma pergunta? Sinta-se livre para nos contatar. Teremos o maior prazer em ajudar.