SPI、I2C、I2S、UART：通信協議解釋
SPI、I2C、I2S、UART：通信協議解釋
在嵌入式開發中，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，但應用場景和特性卻大不相同。為什么都叫串行通信，結構卻不一樣？為什么有的能傳音頻，有的不能？本文一次梳理清楚。
一、通信協議快速對照表
| 協議 | 全稱 | 線數 | 通信方式 | 速率 | 應用場景 | 特點 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPI | Serial Peripheral Interface | 4根常用線（MOSI, MISO, SCLK, CS） | 全雙工、主從 | 高速（可達幾十 MHz） | Flash、傳感器、顯示屏 | 硬件簡單、速率高，但線多，擴展性差 |
| 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，可掛多設備，但速率低，總線長時穩定性差 |
| 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） | 音頻數據傳輸（DAC、Codec、耳機） | 專為音頻設計，不能傳通用數據 |
| UART | Universal Asynchronous Receiver/Transmitter | 2根線（TX, RX） | 異步、點對點 | 常見 9600\~115200 bps，可達 Mbps | 調試串口、GPS、藍牙模塊 | 硬件簡單，廣泛使用，但速率低，不支持多機總線 |
二、協議特點解析與代碼示例
1.SPI
點對點的速度王者，主從明確。
常用于高速傳感器、Flash 存儲器、LCD 屏幕。
缺點：需要一根片選線控制每個從設備，多設備布線復雜。
示例：STM32 SPI 主機發送數據：
uint8_ttxData=0xA5;
HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&txData,1,HAL_MAX_DELAY);
從設備接收數據：
uint8_trxData;
HAL_SPI_Receive(&hspi2,&rxData,1,HAL_MAX_DELAY);
2.I2C
只需兩根線，就能掛多個設備，協議層自帶地址機制。
常用于低速傳感器、EEPROM、實時時鐘（RTC）。
缺點：速率不高，總線電容大時穩定性下降。
示例：STM32 I2C 讀取溫度傳感器數據：
uint8_treg=0x00;// 溫度寄存器地址
uint8_ttemp;
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,SENSOR_ADDR,?,1,HAL_MAX_DELAY);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,SENSOR_ADDR,&temp,1,HAL_MAX_DELAY);
3.I2S
名字很像 I2C，但完全不同，這是音頻傳輸專用協議。
常見于音頻 Codec、功放、耳機 DAC。
優點：數據幀結構天然適配音頻采樣率。
缺點：不能傳普通數據，只能用于音頻傳輸。
示例：STM32 I2S 發送音頻數據：
uint16_taudioData[256];
HAL_I2S_Transmit(&hi2s2,audioData,256,HAL_MAX_DELAY);
4.UART
最老牌串口，幾乎所有 MCU 都支持。
常見于調試口、藍牙模塊、GPS 模塊。
優點：實現簡單，應用廣泛。
缺點：不支持掛多設備，速率有限。
示例：STM32 UART 發送字符串：
charmsg[]="Hello UART!";
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),HAL_MAX_DELAY);
接收數據：
uint8_trxBuffer[20];
HAL_UART_Receive(&huart1,rxBuffer,20,HAL_MAX_DELAY);
三、網址：www.baitaishengshi.com
