SPI、I2C、I2S、UART：通信協(xié)議解釋

在嵌入式開發(fā)中，最常用的幾種通信接口無非就是SPI、I2C、I2S、UART。名字看起來差不多，但應(yīng)用場景和特性卻大不相同。為什么都叫串行通信，結(jié)構(gòu)卻不一樣？為什么有的能傳音頻，有的不能？本文一次梳理清楚。

 

一、通信協(xié)議快速對照表

協(xié)議	全稱	線數(shù)	通信方式	速率	應(yīng)用場景	特點(diǎn)
SPI	Serial Peripheral Interface	4根常用線（MOSI, MISO, SCLK, CS）	全雙工、主從	高速（可達(dá)幾十 MHz）	Flash、傳感器、顯示屏	硬件簡單、速率高，但線多，擴(kuò)展性差
I2C	Inter-Integrated Circuit	2根線（SDA, SCL）	半雙工、多主多從	100 kbps \~ 3.4 Mbps	EEPROM、傳感器、RTC	線少，可掛多設(shè)備，但速率低，總線長時(shí)穩(wěn)定性差
I2S	Inter-IC Sound	3\~4根線（SD, WS, SCK, MCLK 可選）	同步串行（專用于音頻）	常見 44.1kHz、48kHz（音頻采樣率）	音頻數(shù)據(jù)傳輸（DAC、Codec、耳機(jī)）	專為音頻設(shè)計(jì)，不能傳通用數(shù)據(jù)
UART	Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	2根線（TX, RX）	異步、點(diǎn)對點(diǎn)	常見 9600\~115200 bps，可達(dá) Mbps	調(diào)試串口、GPS、藍(lán)牙模塊	硬件簡單，廣泛使用，但速率低，不支持多機(jī)總線

二、協(xié)議特點(diǎn)解析與代碼示例

1.SPI

• 點(diǎn)對點(diǎn)的速度王者，主從明確。
• 常用于高速傳感器、Flash 存儲(chǔ)器、LCD 屏幕。
• 缺點(diǎn)：需要一根片選線控制每個(gè)從設(shè)備，多設(shè)備布線復(fù)雜。

示例：STM32 SPI 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)：

1. uint8_ttxData=0xA5;
2. HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&txData,1,HAL_MAX_DELAY);

從設(shè)備接收數(shù)據(jù)：

1. uint8_trxData;
2. HAL_SPI_Receive(&hspi2,&rxData,1,HAL_MAX_DELAY);

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2.I2C

• 只需兩根線，就能掛多個(gè)設(shè)備，協(xié)議層自帶地址機(jī)制。
• 常用于低速傳感器、EEPROM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。
• 缺點(diǎn)：速率不高，總線電容大時(shí)穩(wěn)定性下降。

示例：STM32 I2C 讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)：

1. uint8_treg=0x00;// 溫度寄存器地址
2. uint8_ttemp;
3. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,SENSOR_ADDR,®,1,HAL_MAX_DELAY);
4. HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,SENSOR_ADDR,&temp,1,HAL_MAX_DELAY);

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3.I2S

• 名字很像 I2C，但完全不同，這是音頻傳輸專用協(xié)議。
• 常見于音頻 Codec、功放、耳機(jī) DAC。
• 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)天然適配音頻采樣率。
• 缺點(diǎn)：不能傳普通數(shù)據(jù)，只能用于音頻傳輸。

示例：STM32 I2S 發(fā)送音頻數(shù)據(jù)：

1. uint16_taudioData[256];
2. HAL_I2S_Transmit(&hi2s2,audioData,256,HAL_MAX_DELAY);

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4.UART

• 最老牌串口，幾乎所有 MCU 都支持。
• 常見于調(diào)試口、藍(lán)牙模塊、GPS 模塊。
• 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，應(yīng)用廣泛。
• 缺點(diǎn)：不支持掛多設(shè)備，速率有限。

示例：STM32 UART 發(fā)送字符串：

1. charmsg[]="Hello UART!";
2. HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),HAL_MAX_DELAY);

接收數(shù)據(jù)：

1. uint8_trxBuffer[20];
2. HAL_UART_Receive(&huart1,rxBuffer,20,HAL_MAX_DELAY);