【干货】带你了解各类串口：I2C、SPI、RS232、RS485、USB等

串口，又称为串行数据接口，是数据接口的一种。串行数据传输指的是数据按照数据位依次在单一通道上传输的接口，与并行数据接口相对应（并行数据接口指的是多个数据位同时进行传输）。

串口主要包含以下类别：I2C、SPI、RS232、RS422、RS485及USB。

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I2C接口

I2C接口是一种主要应用于集成电路芯片间的通信的接口。最早由Philips公司开发，是一种简单的双向二线制同步串行总线。

使用时，只需要连接2根线即可进行数据传输。主要接口包括：

• SCL（串行时钟线）

• SDA（串行数据线接口）

I2C根据不同的模式，具有不同传输速率，可以分为以下几种：

• 标准模式下最高速率为100Kbps。

• 快速模式下最高速率为400Kbps。

• 快速模式增强下最高速率为1Mbps。

• 高速模式下最高速率为3.4Mbps。

• 超快速模式下最高速率为5Mbps，注意这种模式为单向传输，不兼容其他模式。

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SPI接口

SPI接口是一种主要应用于EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器等低速器件之间进行同步串行数据传输的接口，最早由Motorola在其MC68HCXX系列处理器上定义的串行外围接口。

SPI接口只需要4根线即可进行数据传输，主要接口包括：

• MOSI（主器件数据输出，从器件数据输入）

• MISO（主器件数据输入，从器件数据输出）

• SCLK（时钟信号，由主器件产生）

• CS（从器件使能信号，由主器件控制）

SPI接口具有两种通信方式：

• 低速SPI通信：在低功耗、长距离通信的场景下，SPI通信速率一般较低，约为几百kHz。

• 高速SPI通信：在快速数据传输的场景下，SPI通信速率可以达到几十MHz甚至更高。

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RS232接口

RS232接口是一种应用于工业控制以及计算机外设之间通信的接口。在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合制定的用于串行通讯的标准。RS232一般分为DB9（9根线）以及DB25（25根线）两种封装。

主要接口包括：

• RSD（接收线信号检出）

• RXD（接收数据）

• TXD（发送数据）

• DTR（数据终端准备好）

• GND（地线）

• DSR（数据装置准备好）

• RTS（请求发送）

RS232接口固定的传输速率有50、75、110、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等，但是后来速率得到了部分提升，目前传输速率最高可以到达230400b/s。

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RS422接口

RS422接口由RS232接口发展而来，在RS232接口的基础上定义了一种平衡通信方式，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时）。RS422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输总线。

RS422接口主要应用于工业控制系统中，采用差分信号的传输方式，具有两个数据传输通道，因此需要4根/5根传输线缆。

• T+（用于发送数据）

• T-（用于发送数据）

• R+（用于接收数据）

• R-（用于接收数据）

• GND（地线）

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RS485接口

RS485接口在RS422接口基础上增加了多点、双向通信能力。与RS422接口一样采用差分线的方式进行传输，因此继承了RS422接口的传输距离与传输速率，但是因为其只需要两根线进行数据传输，所以发送数据和接收数据不能同时进行，因此是一种半双工的传输方式。RS485接口主要由A线与B线进行数据传输，在远距离或者电磁干扰复杂的环境下可以使用双绞屏蔽线。

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USB接口

USB接口是一种高速串行接口，主要应用于移动存储设备、打印机、扫描仪与计算机之间通信。

USB传输速率根据不同的版本决定。

USB 1.0具有两种模式：

• Low Speed：最高速率为1.5Mbps。

• Full Speed：最高速率为12Mbps。

USB 1.1（即USB 1.0 Full Speed）：理论最高速率为12Mbps。

USB 2.0（Hi-Speed）：理论最高速率为480Mbps。

USB 3.0（SuperSpeed）：理论最高速率为5Gbps。

USB 3.1分为两个版本：

• Gen 1（即USB 3.0）：理论最高速率为5Gbps。

• Gen 2：理论最高速率为10Gbps。

USB 3.2分为3个版本：

• Gen 1（即USB 3.1 Gen 1）：理论最高速率为5Gbps。

• Gen 2（即USB 3.1 Gen 2）：理论最高速率为10Gbps。

• Gen 2×2（仅限Type-C接口）：理论最高速率为20Gbps。

USB4（仅限Type-C接口）：理论最高速率为40Gbps。USB 4.0 Version 2.0：最大传输速率80Gbps，单向传输时可高达120Gbps。

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