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：
- uint8_ttxData=0xA5;
- HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&txData,1,HAL_MAX_DELAY);
从设备接收数据：
- uint8_trxData;
- HAL_SPI_Receive(&hspi2,&rxData,1,HAL_MAX_DELAY);
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：
- uint8_treg=0x00;// 温度寄存器地址
- 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，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：
- uint16_taudioData[256];
- HAL_I2S_Transmit(&hi2s2,audioData,256,HAL_MAX_DELAY);
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：
- charmsg[]="Hello UART!";
- HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),HAL_MAX_DELAY);
接收数据：
- uint8_trxBuffer[20];
- HAL_UART_Receive(&huart1,rxBuffer,20,HAL_MAX_DELAY);