私たちの日常的なアプリケーションでは、気圧センサーは多くの場合、I²C (IIC とも呼ばれます) と SPI という 2 つの主要なデジタル インターフェイスを使用します。それらの違い、パフォーマンス、使用例を理解することは、エンジニアや愛好家が適切なものを選択し、システム設計を最適化するのに役立ちます。手順を説明します:
カタログ
1. I²C 対 SPI 圧力センサーの定義
I²C (Inter-Integrated Circuit) と SPI (Serial Peripheral Interface) は、マイクロコントローラーと MEMS 気圧センサーの間で使用される一般的なデジタル バス プロトコルです。
1.1 I²C の基本
2 本のワイヤ: クロック (SCL) とデータ (SDA)。
1 つのバス上にマルチマスター/マルチスレーブがあり、アドレスによってデバイスが識別されます。
半二重: 一度に送信または受信します。
1.2 SPIの基礎
4 本のワイヤ: SCLK、MOSI、MISO、および CS。
シングルマスター/マルチスレーブ、CS を使用してスレーブを選択します。
全二重: 同時読み取り/書き込み。
1.3 気圧計の使用例
I²C センサー: ラインが少なく、コストが低く、ピンの予算が限られている場合や多数のデバイスに適しています。
SPI センサー: 高速かつ強力なノイズ耐性があり、タイム クリティカルなデータに最適です。
注：接続定義はSOPおよびDIPパッケージ製品で同じです
2. IIC は I²C と同じですか?
IIC は単に I²C の古い綴りであり、同じプロトコル、同じ機能です。
2.1 命名の歴史
I²C: フィリップス (現 NXP) によって「Inter-Integrated Circuit」として造語されました。
IIC: 古いデータシートの簡略化された略記。
2.2 同一仕様
IIC であっても I²C であっても、電圧レベル、タイミング、およびアドレス指定は正確に一致しており、ドライバーは交換可能です。
2.3 実践的なヒント
ドキュメントで IIC を見た場合は、I²C として扱ってください。追加の学習は必要ありません。
3. 速度の比較: I²C 対 SPI
多くの場合、インターフェイスの選択は速度によって決まります。
3.1 I²C 速度
標準：最大100kHz
高速: 最大 400 kHz
Fast‑Plus: 最大 1 MHz (デバイスに依存)
3.2 SPI 速度
通常は数 MHz から最大数十 MHz。一部の設計は 100 MHz に達します
ラインの長さ、静電容量、MCU の機能に依存します
3.3 実際のスループット
SPI の全二重モードを使用すると、送信と受信を同時に行うことができます。 I²C の半二重とアドレスのオーバーヘッドにより速度が低下します。 1 MHz では、I²C は約 20 μs で 2 バイトを送信します。 10 MHz では、SPI は約 1.6 μs でそれを実行します。
4. SPI と I²C を併用する
場合によっては、1 つのシステムに両方のバスが必要になることがあります。
4.1 ハードウェアの共有
個別のピンまたはマルチプレクサ (MUX) を使用して、1 つの MCU で SPI と I²C の両方をホストします。
レベルシフトとMUXのタイミング要件に注意してください。
4.2 ドライバーのサポート
STM32 や Arduino などのプラットフォームは、SPI ドライバーと I²C ドライバーの両方をネイティブで同時に実行します。
競合を避けるために割り込みと DMA チャネルを管理します。
4.3 現実世界の例
UAV 気圧計設計用のセンサー アプリケーション ソリューションでは、I²C が低速環境モニタリングに使用され、SPI が高周波データ収集に使用され、両方が連携して動作するため、リソースの利用率が高く、干渉が発生しません。
5. 信号の種類 & レベル: アナログまたはデジタル?アクティブハイかローか?
I²C と SPI はどちらもデジタルですが、信号の動作を理解しておく必要があります。
5.1 SPI デジタル信号
MOSI/MISO/SCLK はデジタル パルスです。
CS はデジタル (通常はアクティブロー) です。
5.2 I²C デジタル信号
SDA/SCL はオープンドレイン出力であるため、プルアップが必要です。
アイドル状態のバス: 両方のラインが高い。スタート、クロック、またはデータ 0 の場合は Low にプルします。
5.3 ロジックレベル
WF100DPデジタルセンサーシリーズモジュールの場合：
SPI CS: 通常は「ローアクティブ」。
I²C: 「高」 = アイドル/停止、「低」 = 開始またはデータ 0 (または I2C、そのままにしておきます)。
6. 選択ガイド: SPI か I²C?
気圧センサー インターフェイスを選択するときは、電力、速度、ピン数、システム レイアウトのバランスを考慮してください。
6.1 いつどれを選択するか
ピンリミテッド & 多くのデバイス →i²c
高い帯域幅 & リアルタイムのニーズ →SPI
6.2 実践的なアドバイス
簡単なテストのために I²C を使用してプロトタイプを開始します。パフォーマンスの壁にぶつかったり、タイミングが厳しくなったりした場合は、SPI に切り替えてください。選択を決定する前に、エラー率、消費電力、コーディング工数を常にベンチテストしてください。
結論
この記事では、空気圧センサー アプリケーションにおける I²C (IIC) と SPI の定義、性能、並列使用、信号特性、および選択ポイントを包括的に分析しました。つまり、I²C はシンプルで柔軟性があり、複数の拡張に適しています。 SPIは高速かつ安定しており、リアルタイム取得に適しています。次回の気圧計の設計において、デバイスのコストを削減し、高精度の分解能とサンプリング レートを実現できる最適なインターフェイス ソリューションが見つかることを願っています。
上記の紹介は、圧力センサー技術のアプリケーションの表面をなぞっただけです。私たちは、さまざまな製品で使用されているさまざまなタイプのセンサー素子、それらがどのように機能するか、そしてそれらの長所と短所を引き続き調査していきます。ここで説明する内容についてさらに詳しく知りたい場合は、このガイドの後半にある関連コンテンツをご覧ください。時間がない場合は、ここをクリックしてこのガイドの詳細をダウンロードすることもできます。 空気圧センサー製品PDFデータ。
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