ຄູ່ມືວິສະວະກໍາ

I²C ທຽບກັບ SPI ສໍາລັບເຊັນເຊີຄວາມກົດດັນ — ເລືອກລົດເມທີ່ຖືກຕ້ອງ ຫຼືກຽດຊັງການຈັດວາງຂອງເຈົ້າໃນພາຍຫຼັງ

The ສອງນາທີ Refresher

ຂ້າມອັນນີ້ໄປ ຖ້າເຈົ້າໄດ້ສາຍລົດເມທັງສອງມາກ່ອນ. ຖ້າທ່ານບໍ່ມີ, ນີ້ແມ່ນພຽງພໍທີ່ຈະປະຕິບັດຕາມສ່ວນທີ່ເຫຼືອຂອງບົດຄວາມ:

ການໂຕ້ຖຽງຄວາມໄວທີ່ບໍ່ສໍາຄັນ

ເຊັນເຊີຄວາມກົດດັນ MEMS ປົກກະຕິໃຊ້ເວລາອ່ານທຸກໆຄັ້ງ 1 ຫາ 100 ມິນລິວິນາທີ — ເວລາປ່ຽນ ADC ຄອບງຳ, ບໍ່ແມ່ນຄວາມໄວລົດເມ. ເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ທີ່ 1 ms ຕໍ່ຕົວຢ່າງ (1 kHz ຕົວຢ່າງ), ທ່ານກໍາລັງຊຸກຍູ້ບາງທີ 48 bits ຕໍ່ການອ່ານ. ນັ້ນຄື 48 kbps.

I²C ທີ່ 400 kHz ໂອນ ~ 320 kbps ຫຼັງຈາກ overhead. SPI ຢູ່ 1 MHz ໂອນ 1 Mbps. ບໍ່ວ່າຈະເປັນ 7× ຫາ 20× ໄວ ກ່ວາອັດຕາຂໍ້ມູນຂອງເຊັນເຊີ. ເວັ້ນເສຍແຕ່ວ່າທ່ານກໍາລັງເກັບຕົວຢ່າງໃນຄວາມຖີ່ ultrasonic — ທີ່ທ່ານບໍ່ໄດ້, ເນື່ອງຈາກວ່າຄວາມກົດດັນບໍ່ມີການປ່ຽນແປງໄວນັ້ນ — ຄວາມໄວລົດເມແມ່ນບໍ່ກ່ຽວຂ້ອງ. ເຊັນເຊີແມ່ນຄໍຂວດ, ບໍ່ແມ່ນສາຍໄຟ.

Pin Count: ການໂຕ້ຖຽງທີ່ຈິງແລ້ວກ່ຽວກັບກະດານນ້ອຍ

ຖ້າ MCU ຂອງເຈົ້າເປັນ STM32 ທີ່ມີ 80 GPIOs — ໃຜສົນໃຈ. ແຕ່ຢູ່ໃນ ESP32-C3 ທີ່ມີ 15 GPIO ທີ່ໃຊ້ໄດ້ທີ່ແລ່ນຈໍສະແດງຜົນ, BLE, ສອງປຸ່ມ, ແລະ SD card — 2 pins ພິເສດສໍາລັບ SPI sting. I²C ຊ່ວຍປະຢັດ pins ໃຫ້ທ່ານໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຈໍານວນເຊັນເຊີແບ່ງປັນລົດເມ.

ຫມາຍ​ເຫດ​: I²C ຄ່າ​ໃຊ້​ຈ່າຍ​ຂອງ​ທ່ານ​ ສອງຕົວຕ້ານທານທີ່ດຶງຂຶ້ນ. SPI ບໍ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃດໆ. ສອງຕົວຕ້ານທານ 4.7 kΩ 0402 ມີມູນຄ່າປະມານ $ 0.002 ທັງຫມົດແລະໃຊ້ເວລາເຖິງ 2 mm²ຂອງພື້ນທີ່ກະດານ - ບໍ່ແມ່ນບໍ່ມີຫຍັງ, ແຕ່ຢູ່ໃກ້ກັບມັນ.

ການອອກແບບຫຼາຍເຊັນເຊີ: ບ່ອນທີ່ I²C ສ່ອງແສງຕົວຈິງ

ເຊັນເຊີຄວາມດັນສາມອັນຢູ່ໃນ PCB ດຽວກັນ — ຫນຶ່ງໃນການອ້າງອີງ barometric, ລະດັບຖັງຫນຶ່ງ, ຫນຶ່ງປ່ຽງປ່ຽງ. ດ້ວຍ I²C: ມອບໝາຍແຕ່ລະເຊັນເຊີທີ່ຢູ່ຕ່າງກັນ, ສາຍ SDA ແລະ SCL ໃນຂະໜານ, ແລ້ວໆ. ສອງຮ່ອງຮອຍ. ສາມເຊັນເຊີ. ບໍ່ມີເຂັມ MCU ພິເສດ. ດ້ວຍ SPI: ສາມສາຍ CS ແຍກຕ່າງຫາກຢູ່ເທິງສຸດຂອງ MOSI/MISO/SCLK ທີ່ແບ່ງປັນ — ທັງໝົດຫົກສາຍ.

ພູມຕ້ານທານສິ່ງລົບກວນ: ເປັນບ່ອນທີ່ SPI ດຶງໄປຂ້າງຫນ້າ

ເຊັນເຊີຄວາມດັນຄວາມລະອຽດສູງວັດແທກການປ່ຽນແປງເລັກນ້ອຍເຖິງ 0.03 hPa — ປະມານນ້ຳໜັກຂອງຍຸງທີ່ລົງມາເທິງໂຕະເຮັດວຽກຂອງທ່ານ, ແປເປັນສັນຍານໄຟຟ້າ. ໃນການແກ້ໄຂນັ້ນ, ສິ່ງລົບກວນມີຄວາມສໍາຄັນ.

I²C ລັກສະນະສຽງລົບກວນ

ທໍ່ລະບາຍນ້ໍາເປີດທີ່ມີຕົວຕ້ານທານທີ່ດຶງຂຶ້ນຈະຜະລິດຂອບທາງລາດ RC, ບໍ່ແມ່ນການປ່ຽນ CMOS ທີ່ສະອາດ. ມູນຄ່າການດຶງຂຶ້ນເປັນການປະນີປະນອມ: ພະລັງງານຂີ້ເຫຍື້ອທີ່ເຂັ້ມແຂງເກີນໄປ; ອ່ອນແອເກີນໄປເຮັດໃຫ້ເວລາເພີ່ມຂຶ້ນຊ້າລົງແລະເປີດປ່ອງຢ້ຽມສໍາລັບການເຊື່ອມຕໍ່ສິ່ງລົບກວນ. ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີສຽງດັງ - ຖັດຈາກໄດເວີມໍເຕີ, ເຄື່ອງຄວບຄຸມການສະຫຼັບ, ຫຼືສິ່ງໃດກໍ່ຕາມທີ່ມີ PWM - I²C ສາມາດຂັດໄດ້. ໂປຣໂຕຄໍບໍ່ມີການກວດພົບຂໍ້ຜິດພາດໃນຕົວນອກເໜືອໄປຈາກບິດ ACK (ບາງເຊັນເຊີເພີ່ມ CRC byte ໃສ່ payload, ເຊິ່ງຊ່ວຍໄດ້).

ຄຸນລັກສະນະຂອງສິ່ງລົບກວນ SPI

Push-pull CMOS ໄດເວີຢ່າງຫ້າວຫັນຂັບທັງລັດສູງແລະຕ່ໍາ. ຂອບແມ່ນແຫຼມ. ເສັ້ນທາງ CS ຈະເຂົ້າປະຕູຢ່າງແນ່ນອນເມື່ອຂ້າໃຊ້ຄວນຟັງ — ການລະເລີຍທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງຢູ່ໃນລົດເມຕະຫຼອດເວລາທີ່ເຫຼືອ. ໂດຍປົກກະຕິ SNR ດີກວ່າ.

ຄວາມສັບສົນຂອງເຟີມແວ: Tiebreaker ບໍ່ມີໃຜເວົ້າກ່ຽວກັບ

I²C ເຟີມແວ

A state machine. Start condition → send address + R/W bit → wait for ACK → read/write register pointer → read/write data → stop condition. Every step has a timeout, a retry path, and a "what if the sensor holds SDA low because it's still converting" case. Most MCU vendors provide a HAL. Most of those HALs have edge-case bugs you'll discover at 11 PM.

ເຟີມແວ SPI

Assert CS → shift bytes → de-assert CS. That's it. The sensor doesn't get to say "I'm not ready" by clock-stretching or NAKing. The master controls the clock; the slave responds or stays silent.

ການບໍລິໂພກພະລັງງານ: ທັງສອງແມ່ນຄວາມຜິດພາດຮອບ

ລົດເມ 400 kHz I²C ທີ່ມີ 4.7 kΩ pull-ups ບາດແຜປະມານ 0.7 mA ໃນຂະນະທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ. SPI ເຜົາໄຫມ້ບໍ່ມີຫຍັງທີ່ສໍາຄັນໃນລະດັບລົດເມ - CMOS ສະຫຼັບກະແສໄຟຟ້າທີ່ຄວາມໄວເຫຼົ່ານີ້ (microamps).

Context: the pressure sensor element and ADC draw ~5 µA at 1 Hz sampling and 0.3 µA in standby. Whether the bus burns 0.5 mA or 0.05 mA for the 2 ms it takes to read a sample — the energy difference is picowatt-hours. Your BLE radio burns more power sending one "hello" packet than the bus choice will save across the sensor's entire operating lifetime.

ກະແສການຕັດສິນໃຈ — ສີ່ຄຳຖາມ, ບໍ່ມີມາຕຣິກເບື້ອງ

The "Why Not Both" Card

ບາງເຊັນເຊີສົ່ງກັບ ທັງ I²C ແລະ SPI ຢູ່ໃນຕົວຕາຍດຽວກັນ, ສາມາດເລືອກໄດ້ຜ່ານສາຍ pin ຫຼືລົງທະບຽນ bit. ນີ້ແມ່ນເປັນປະໂຫຍດແທ້ໆໃນສອງສະຖານະການ:

ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງຕົວແບບ

ເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍ I²C ໃນ Arduino ຫຼືກະດານ breakout ເພາະວ່າມັນງ່າຍຕໍ່ການສາຍ. ເມື່ອທ່ານ spin PCB ຂອງທ່ານເອງ, ປ່ຽນເປັນ SPI ຖ້າຮູບແບບຂອງທ່ານໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດຈາກມັນ. ເຊັນເຊີດຽວກັນ, ເຫດຜົນເຟີມແວດຽວກັນ, ພຽງແຕ່ການໂທ HAL ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ SKU ການຜະລິດ

ການອອກແບບ PCB ຫນຶ່ງ, SKUs ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຫນຶ່ງ SKU ໃຊ້ I²C ເພາະວ່າມັນແບ່ງປັນລົດເມກັບເຊັນເຊີອຸນຫະພູມ / ຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ. ອີກອັນນຶ່ງຕ້ອງການ SPI ສໍາລັບການຕິດຕາມທີ່ຍາວກວ່າແລ່ນໄປຫາກະດານເຊັນເຊີຫ່າງໄກສອກຫຼີກ. ເຈົ້າບໍ່ໄດ້ອອກແບບອັນໃດໃໝ່ — ປ່ຽນສາຍ BOM ແລະສາຍຕົວຕ້ານທານ.

ບົດສະຫຼຸບດ້ານຂ້າງ