Comprendre les bus I2C et SPI

La liaison série de tes débuts était un fil privé : un TX croisé vers un RX, deux appareils, et personne d'autre sur la ligne. Cette architecture ne passe pas à l'échelle : chaque nouveau module réclame sa paire de fils et ses broches sur le microcontrôleur. Quatre périphériques en point à point, c'est déjà huit fils de signal et huit broches condamnées — et un robot sérieux embarque vite le double de modules.

Un bus renverse la logique : les MÊMES fils servent à tout le monde, tous les modules branchés en parallèle dessus, comme des maisons le long d'une même rue. Le prix à payer, c'est une discipline : un seul parle à la fois. D'où les deux rôles du chapitre : le MAÎTRE — le microcontrôleur — mène la conversation, décide qui parle et quand ; les PÉRIPHÉRIQUES — capteurs, écran, expandeur — écoutent en silence et ne répondent que lorsqu'ils sont interrogés.

L'I2C tient sur deux fils partagés — plus la masse commune, comme toujours. SDA transporte les données : les octets y circulent dans les deux sens, du maître vers un périphérique ou en retour. SCL transporte l'horloge : c'est le maître qui la bat, et chaque bit de SDA se lit sur un battement de SCL. Compare avec l'UART de tes débuts : là-bas, aucune horloge partagée, d'où le rendez-vous obligatoire des bauds ; ici, le tempo voyage sur son propre fil, et le désaccord de vitesse n'existe plus.

Sur ce couloir commun, chaque périphérique porte une ADRESSE : un numéro d'identité, fixé par le fabricant et publié dans la fiche technique. Le maître ouvre chaque échange en annonçant une adresse sur le bus ; seule la puce qui la reconnaît répond, toutes les autres restent muettes. C'est l'équivalent d'appeler un nom dans une salle pleine : un seul se lève. Côté rythme, l'I2C classique bat à 100 kHz, sa version rapide à 400 kHz — modeste, mais très suffisant pour des capteurs.

Comment plusieurs puces peuvent-elles partager un fil sans jamais se court-circuiter ? Par une convention radicale : sur l'I2C, personne n'impose le niveau haut. Chaque puce ne sait que tirer la ligne vers le bas ou la relâcher — jamais pousser vers le haut. Deux puces qui « parlent » en même temps tirent au pire toutes les deux vers le bas : aucun conflit de courant possible. C'est l'assurance anti-collision du bus, héritée directement de ta leçon sur les broches qui écoutent et qui parlent.

Mais si tout le monde ne fait que tirer vers le bas ou lâcher, il faut bien que quelque chose ramène la ligne au niveau haut : c'est le travail des résistances de pull-up, une sur SDA ET une sur SCL, branchées vers le 3,3 V. Elles sont obligatoires : sans elles, les lignes ne remontent jamais et le bus reste muet — le symptôme classique du montage qui « devrait marcher ». Au repos, un bus sain se vérifie au multimètre : SDA et SCL doivent tous deux lire le niveau haut. Note enfin que beaucoup de petits modules du commerce embarquent déjà leurs propres pull-up — on en reparlera à la leçon de maîtrise.

Le SPI joue la même partition avec d'autres moyens : une horloge SCK battue par le maître, et DEUX fils de données au lieu d'un — MOSI pour le sens maître vers périphérique, MISO pour le retour. Le croisement qui te piégeait sur TX/RX est ici codé dans le nom lui-même : MOSI se relie à MOSI, MISO à MISO, chaque fil sachant déjà qui parle et qui écoute. Les deux sens circulent en même temps : pendant que le maître envoie, le périphérique répond.

La grande différence : pas d'adresse. Le maître choisit son interlocuteur par une ligne de sélection dédiée — CS, « chip select » — tirée vers CHAQUE périphérique : il abaisse la ligne de la puce visée, et elle seule écoute. Sans adresse à transmettre et avec des lignes poussées franchement (pas de pull-up à attendre), l'horloge grimpe à plusieurs mégahertz, voire dizaines de mégahertz : là où l'I2C plafonne à 400 kHz, le SPI transporte l'image entière d'un écran sans peiner. Le prix se paie en cuivre : trois fils partagés, plus un fil de sélection par puce.