I2C vs SPI: Belangrijkste Verschillen & Keuzehandleiding

Inleiding

Bij het ontwerpen van een project is de keuze tussen I2C en SPI cruciaal. Beide zijn "low-end" communicatieprotocollen voor chip-tussen-communicatie op een PCB, maar een verkeerde keuze leidt tot suboptimale resultaten.

SPI Protocol

Ontworpen door Motorola (jaren '80) voor communicatie tussen microcontrollers en peripherie (bijv. EEPROM). SPI gebruikt vier signaallijnen (excl. ground/voeding):

• SS (Slave Select): Geselecteerd door master
• MOSI (Master Out Slave In): Data van master naar slave
• SCLK (Serial Clock): Kloksignaal van master
• MISO (Master In Slave Out): Data van slave naar master

Eén master, onbeperkt aantal slaves (elke slave krijgt eigen SS-lijn). Volledige duplexcommunicatie. Snelheden >10 Mbps mogelijk. Ideeal voor LCD's, versnellingsmeters, hoge data-throughput.

I2C Protocol

Ontworpen door Philips (nu NXP, 1982) voor gestandaardiseerde chipcommunicatie. Twee lijnen (excl. ground/voeding):

• SDA (Serial Data): Bidirectionele datalijn
• SCL (Serial Clock): Kloksignaal

Open-drain ontwerp met pull-up weerstanden. Meerdere masters mogelijk (arbitrage bij conflicten). Adressering via 7-bit adres + read/write bit. Drie snelheidsmodi: Standaard (100 kbps), Fast (400 kbps), High-speed (3,4 Mbps). Ideeal voor temperatuursensoren, ADCs, lage snelheid.

Vergelijkingstabel

Voor- en Nadelen

SPI

Voordelen: Laag stroomverbruik, hoge snelheid, full-duplex.
Nadelen: Compatibiliteitsproblemen (varianten), extra lijnen per slave, alleen korte afstanden (intra-PCB).

I2C

Voordelen: Geen extra lijnen voor meerdere apparaten, langere afstanden mogelijk, lagere gevoeligheid voor ruis, goedkoper.
Nadelen: Langzamer dan SPI, hoger stroomverbruik, bus-lockup mogelijk bij foutief apparaat.

Keuzefactoren

• Beperkte pins: Kies I2C (2 lijnen) boven SPI (4+ lijnen)
• Stroomverbruik: SPI voor laag, I2C voor hoger verbruik
• Snelheid: SPI voor hoge data-throughput
• PCB-grootte: I2C voor compacte printplaten

UART als Alternatief

UART is een fysieke schakeling voor seriële communicatie (Tx/Rx), geen master/slave paradigma, twee draden, point-to-point.

Conclusie

Kies SPI voor snelheid, I2C voor pin-beperking en multi-master. Soms zijn beide interfaces op één chip beschikbaar. Vragen? Neem contact op.