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：

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

從設備接收數據：

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：

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：

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：

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

接收數據：

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