基于8051单片机的I2C和SPI总线仿真(6)
1.2 课题国内外现状
现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见I2C (Inter-Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips（for I2C）和Motorola（for SPI） 出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信协议。
SPI总线，全称是Serial Peripheral Interface，译为串行外围接口。最开始提出这个构想的是摩托罗拉公司。由于SPI总线在很多方面都有很大的优势，因此在集成电路飞速发展的近几年用途非常广泛。SPI总线多应用于主机与外围设备，如LCD显示模块、FLASH RAM、TTL移位寄存器、E2PROM存储器、A/D转换器、数据输入输出设备、实时时钟等。现在SPI总线在网络控制器、车身控制器、无线局域网络等也有涉足。
前些年电子科技技术尚不发达时，大部分计算机的处理器都不集成SPI总线接口芯片，当想要与集成了SPI总线接口的器件进行信息互通时，电路工程师就只能借助于软件来实现。然而近几年随着计算机的普及与发展，先进的计算机控制器内部都会集成SPI总线接口电路，方便多个器件间实现信息交换 。此举是开拓和发展SPI总线协议的重要举措，不仅很大程度上开拓了SPI总线的运用范围，更是使越来越多的科技领域可以借助其优势得以发展 。SPI总线有、软硬件两种实现方式，两种方法各有特点。硬件实现方式的优点是传输速度快，缺点是缺少灵活度。软件实现方式的优点是简便易行，缺点是速度不如硬件实现方式快。
20世纪80年代，飞利浦半导体公司（现在改名为恩智普）也研发了一种串行总线，即I2C总线，英文全称是Inter Integrated Circuit。它对外只有两根线，即串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)，并且串行数据线是一个双向口，可以进行数据双向传输，这种设计理念解决了数字控制电路中的难题。最初研发I2C总线是为了视频和音频领域。I2C总线的首个总线规范Version 1.0在1992第一次公诸于世，而且可以在超过百余种不同的集成电路上实现。当时，I2C总线就已经获得专利，并上升为一种国际认可的标准，超过五十家半导体企业对I2C总线协议发出许可。即使如此，第一版的总线协议在工作电压和速度方面仍需要加强，这样才能适用于更多的场合。于是吹冰年后飞利浦半导体公司又推出了新的版本Version 2.0，这个版本对I2C总线的诸多方面的功能和性能都加以拓展和改善。科技的发展需要与时俱进，I2C总线的功能也需要进一步加强，因此在2001年第三个版本的I2C总线协议应运而生，并且2.1版本具有向下的兼容性。I2C总线协议有一个极大优势，就是使用此总线标准的control bus能够不受ESD（静电释放干扰）和EMI（电磁干扰）。 随着I2C总线协议不断完善与发展，飞利浦半导体公司也在不断推出多种与I2C总线兼容的外围器件，如今器件的种类已达一百五十余种，既涵盖TTL器件也包括CMOS器件。现如今，I2C总线几乎被世界上全部大型的IC生产厂家广泛使用，这其中包括XICOR、AD、思科微电子、英飞凌科技、英特尔、美信、爱特梅尔、德州仪器等等，有超过五十家生产厂商已经获得飞利浦公司的授权。
I2C总线的应用领域也从一开始的视频音频领域向通讯电子产品、服务器管理、工业电子产品以及消费电子产品等领域扩展,甚至在无线传感、航空航天等领域也有新的进展，并且几乎全部的ARM处理器和单片机中都有它的接口模块。
对于这两种串行总线，都可以利用其串行扩展技术对处理器进行端口的扩展。这两种总线都有一根串行时钟线，在数据线上两者有所不同。SPI总线接口有两根数据线，一根用于数据的输入，另一根用于数据的输出；I2C总线对外只有一根数据线，但在接口芯片内部这根数据线被分成SDA_in和SDA_out两根线，它是通过一个三态门或者MOS管的栅漏两端来实现的。SPI总线采用硬件寻址方式，通过主从设备间的片选信号线实现通信对象的选择，这种方式有一个弊端，就是随着外设数量的增多，片选信号线的根数也要增加；而I2C总线没有片选信号线，它是采用软件寻址，因I2C总线使用七位地址格式，所以I2C总线的寻址空间可达27-1，即127个单元。综上所述，在对系统进行外设扩展方面，只有两根线的I2C总线具有很大优势，如下图1.1所示
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