第4章 · ハードウェアとインタフェース·v1.0.0·更新 2026/7/10·読了目安 約16分
変更要約: 初版
4.4シリアル通信インタフェース
この節の要点
2線で複数デバイスを接続するI2C、高速全二重のSPI、調歩同期のUART、車載向け差動信号のCANという4大シリアル通信方式の電気的・プロトコル的特性を比較し、要件に応じて最適なインタフェースを選ぶ判断力を養います。
組込み機器の基板設計では、「センサとMCUをどう繋ぐか」という問いに複数の正解候補（I2C・SPI・UART・CAN）が存在し、配線数・速度・接続デバイス数・ノイズ耐性・コストという要件次第で最適解が変わります。この節では、4大シリアル通信方式それぞれの電気的・プロトコル的な特性の違いを踏まえ、この要件ならどのインタフェースを選ぶかを判断する視点を養います。
4.4.1I2CとSPI
- I2C（Inter-Integrated Circuit）＝SDA（データ）とSCL（クロック）の2線のみで、マスタが複数のスレーブと通信できるバス型シリアル通信。各スレーブは固有の7ビット（または10ビット）アドレスを持ち、マスタがアドレスを指定して通信相手を選ぶため、配線数を増やさずに多数のデバイスを接続できるのが最大の利点。ただし転送速度は標準100kbps・高速400kbps程度とSPIに比べて低速で、オープンドレイン出力のためプルアップ抵抗が必須。
- SPI（Serial Peripheral Interface）＝SCLK（クロック）・MOSI（マスタ→スレーブ）・MISO（スレーブ→マスタ）・SS/CS（チップセレクト）の4線（スレーブごとにSSが1本ずつ必要）で通信し、送信と受信を同時に行える全二重通信。クロックをマスタが供給し続けアドレス指定の仕組みもないため、I2Cよりはるかに高速（数Mbps〜数十Mbps）だが、スレーブが増えるほどSS配線が増えるため多数デバイス接続には向かない。