在嵌入式開發(fā)中，設(shè)備之間的通信是繞不開的話題。常見的三種總線接口——UART、SPI、I2C—— 各有優(yōu)缺點。不同項目需求決定了選擇哪一種協(xié)議最合適。本文結(jié)合實戰(zhàn)經(jīng)驗，逐項對比三者，并附帶實戰(zhàn)代碼，幫助你快速做出判斷。

一、UART（通用異步收發(fā)器）

工作方式：點對點通信，使用 TX/RX 兩根數(shù)據(jù)線（加上 GND）。

優(yōu)點

• 實現(xiàn)簡單，硬件資源少
• 常用于調(diào)試、日志打印、模塊通信（如 GPS、藍牙模塊）
• 波特率可調(diào)，支持從幾百 bps 到幾 Mbps

缺點

• 只能點對點，無法掛多個設(shè)備
• 沒有統(tǒng)一的時鐘，容易受波特率誤差影響

常見應(yīng)用場景

• 串口調(diào)試
• 與 GSM、WiFi、GPS 模塊通信
• 簡單傳感器數(shù)據(jù)讀取

UART 實戰(zhàn)代碼示例（STM32 HAL）

1. // 初始化 UART，波特率 115200
2. HAL_UART_Init(&huart1);
4. // 發(fā)送字符串
5. charmsg[]="Hello UART!\r\n";
6. HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),HAL_MAX_DELAY);
8. // 接收數(shù)據(jù)（阻塞模式）
9. uint8_trx;
10. HAL_UART_Receive(&huart1,&rx,1,1000);

二、SPI（串行外設(shè)接口）

工作方式：主從模式，通常需要 4 根線（MOSI、MISO、SCLK、CS），多從機時可增加片選線。

優(yōu)點

• 全雙工，速度快，常見速率可達 10 Mbps 以上
• 協(xié)議簡單，延遲低
• 可連接多個從設(shè)備（通過片選信號）

缺點

• 需要的 IO 口較多
• 多從機設(shè)計時，布線復(fù)雜
• 沒有標準化的幀結(jié)構(gòu)，需要自定義協(xié)議

常見應(yīng)用場景

• 連接 Flash、SD 卡
• LCD 顯示屏驅(qū)動
• 高速傳感器數(shù)據(jù)采集

SPI 實戰(zhàn)代碼示例（讀取 Flash ID）

1. uint8_ttx=0x9F;// Flash 讀 ID 指令
2. uint8_trx[3];// 接收 ID 數(shù)據(jù)
4. HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);// CS 低電平
5. HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&tx,1,HAL_MAX_DELAY);
6. HAL_SPI_Receive(&hspi1,rx,3,HAL_MAX_DELAY);
7. HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);// CS 高電平

三、I2C（內(nèi)部集成電路總線）

工作方式：主從架構(gòu)，僅用兩根線（SCL、SDA）即可掛載多個設(shè)備。

優(yōu)點

• 協(xié)議標準化，設(shè)備尋址簡單（7 位或 10 位地址）
• 占用引腳少，便于 PCB 設(shè)計
• 硬件生態(tài)豐富，幾乎所有傳感器都支持

缺點

• 通信速率有限（標準模式 100 kbps，高速模式 3.4 Mbps）
• 總線電容和上拉電阻影響信號質(zhì)量
• 仲裁和時鐘同步機制使得實現(xiàn)稍復(fù)雜

常見應(yīng)用場景

• 溫濕度傳感器、加速度計
• EEPROM 存儲器
• 低速配置類寄存器訪問

I2C 實戰(zhàn)代碼示例（讀取寄存器）

1. uint8_treg=0x0F;// WHO_AM_I 寄存器
2. uint8_tval;
4. // 寫寄存器地址
5. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,DEVICE_ADDR<<1,®,1,HAL_MAX_DELAY);
7. // 讀寄存器數(shù)據(jù)
8. HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,DEVICE_ADDR<<1,&val,1,HAL_MAX_DELAY);

四、三者對比表

五、如何選擇？

• 調(diào)試/模塊通信：選 UART
• 高速數(shù)據(jù)傳輸（屏幕、存儲器、ADC）：選 SPI
• 多傳感器、低速配置：選 I2C

經(jīng)驗法則：

• MCU 引腳緊張 →I2C
• 對速率要求高 →SPI
• 僅單模塊通信 →UART

總結(jié)

UART、SPI、I2C 沒有絕對的好壞，只有是否適合你的項目：

• UART：簡單直接，適合點對點通信
• SPI：高速穩(wěn)定，但占用引腳較多
• I2C：節(jié)省資源，適合掛載多個外設(shè)

掌握三者的差異與使用場景，就能在設(shè)計系統(tǒng)時更加靈活，避免返工，提高效率。