SPI、I2C、I2S、UART：通信協(xié)議解釋
關(guān)鍵詞： SPI I2C I2S UART 通信協(xié)議
SPI、I2C、I2S、UART：通信協(xié)議解釋
在嵌入式開發(fā)中，最常用的幾種通信接口無(wú)非就是SPI、I2C、I2S、UART。名字看起來(lái)差不多，但應(yīng)用場(chǎng)景和特性卻大不相同。為什么都叫串行通信，結(jié)構(gòu)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(xié)議快速對(duì)照表
| 協(xié)議 | 全稱 | 線數(shù) | 通信方式 | 速率 | 應(yīng)用場(chǎng)景 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPI | Serial Peripheral Interface | 4根常用線（MOSI, MISO, SCLK, CS） | 全雙工、主從 | 高速（可達(dá)幾十 MHz） | Flash、傳感器、顯示屏 | 硬件簡(jiǎn)單、速率高，但線多，擴(kuò)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(shè)備，但速率低，總線長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)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(shù)據(jù)傳輸（DAC、Codec、耳機(jī)） | 專為音頻設(shè)計(jì)，不能傳通用數(shù)據(jù) |
| UART | Universal Asynchronous Receiver/Transmitter | 2根線（TX, RX） | 異步、點(diǎn)對(duì)點(diǎn) | 常見 9600\~115200 bps，可達(dá) Mbps | 調(diào)試串口、GPS、藍(lán)牙模塊 | 硬件簡(jiǎn)單，廣泛使用，但速率低，不支持多機(jī)總線 |
二、協(xié)議特點(diǎn)解析與代碼示例
1.SPI
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的速度王者，主從明確。
常用于高速傳感器、Flash 存儲(chǔ)器、LCD 屏幕。
缺點(diǎn)：需要一根片選線控制每個(gè)從設(shè)備，多設(shè)備布線復(fù)雜。
示例：STM32 SPI 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)：
uint8_ttxData=0xA5;
HAL_SPI_Transmit(&hspi1,&txData,1,HAL_MAX_DELAY);
從設(shè)備接收數(shù)據(jù)：
uint8_trxData;
HAL_SPI_Receive(&hspi2,&rxData,1,HAL_MAX_DELAY);
2.I2C
只需兩根線，就能掛多個(gè)設(shè)備，協(xié)議層自帶地址機(jī)制。
常用于低速傳感器、EEPROM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。
缺點(diǎn)：速率不高，總線電容大時(shí)穩(wěn)定性下降。
示例：STM32 I2C 讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)：
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(xié)議。
常見于音頻 Codec、功放、耳機(jī) DAC。
優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)天然適配音頻采樣率。
缺點(diǎn)：不能傳普通數(shù)據(jù)，只能用于音頻傳輸。
示例：STM32 I2S 發(fā)送音頻數(shù)據(jù)：
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(diào)試口、藍(lán)牙模塊、GPS 模塊。
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。
缺點(diǎn)：不支持掛多設(shè)備，速率有限。
示例：STM32 UART 發(fā)送字符串：
charmsg[]="Hello UART!";
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),HAL_MAX_DELAY);
接收數(shù)據(jù)：
uint8_trxBuffer[20];
HAL_UART_Receive(&huart1,rxBuffer,20,HAL_MAX_DELAY);
三、網(wǎng)址：www.baitaishengshi.com
