SPI、I2C、I2S、UART：通信协议解释

在嵌入式开发中，最常用的几种通信接口无非就是SPI、I2C、I2S、UART。名字看起来差不多，但应用场景和特性却大不相同。为什么都叫串行通信，结构却不一样？为什么有的能传音频，有的不能？本文一次梳理清楚。

 

一、通信协议快速对照表

协议	全称	线数	通信方式	速率	应用场景	特点
SPI	Serial Peripheral Interface	4根常用线（MOSI, MISO, SCLK, CS）	全双工、主从	高速（可达几十 MHz）	Flash、传感器、显示屏	硬件简单、速率高，但线多，扩展性差
I2C	Inter-Integrated Circuit	2根线（SDA, SCL）	半双工、多主多从	100 kbps \~ 3.4 Mbps	EEPROM、传感器、RTC	线少，可挂多设备，但速率低，总线长时稳定性差
I2S	Inter-IC Sound	3\~4根线（SD, WS, SCK, MCLK 可选）	同步串行（专用于音频）	常见 44.1kHz、48kHz（音频采样率）	音频数据传输（DAC、Codec、耳机）	专为音频设计，不能传通用数据
UART	Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	2根线（TX, RX）	异步、点对点	常见 9600\~115200 bps，可达 Mbps	调试串口、GPS、蓝牙模块	硬件简单，广泛使用，但速率低，不支持多机总线

二、协议特点解析与代码示例

1.SPI

• 点对点的速度王者，主从明确。
• 常用于高速传感器、Flash 存储器、LCD 屏幕。
• 缺点：需要一根片选线控制每个从设备，多设备布线复杂。

示例：STM32 SPI 主机发送数据：

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

从设备接收数据：

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

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2.I2C

• 只需两根线，就能挂多个设备，协议层自带地址机制。
• 常用于低速传感器、EEPROM、实时时钟（RTC）。
• 缺点：速率不高，总线电容大时稳定性下降。

示例：STM32 I2C 读取温度传感器数据：

1. uint8_treg=0x00;// 温度寄存器地址
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，这是音频传输专用协议。
• 常见于音频 Codec、功放、耳机 DAC。
• 优点：数据帧结构天然适配音频采样率。
• 缺点：不能传普通数据，只能用于音频传输。

示例：STM32 I2S 发送音频数据：

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，几乎所有 MCU 都支持。
• 常见于调试口、蓝牙模块、GPS 模块。
• 优点：实现简单，应用广泛。
• 缺点：不支持挂多设备，速率有限。

示例：STM32 UART 发送字符串：

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

接收数据：

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