UART、SPI、I2C 实战对比：哪个更适合你的项目？

在嵌入式开发中，设备之间的通信是绕不开的话题。常见的三种总线接口——UART、SPI、I2C—— 各有优缺点。不同项目需求决定了选择哪一种协议最合适。本文结合实战经验，逐项对比三者，并附带实战代码，帮助你快速做出判断。

一、UART（通用异步收发器）

工作方式：点对点通信，使用 TX/RX 两根数据线（加上 GND）。

优点

• 实现简单，硬件资源少
• 常用于调试、日志打印、模块通信（如 GPS、蓝牙模块）
• 波特率可调，支持从几百 bps 到几 Mbps

缺点

• 只能点对点，无法挂多个设备
• 没有统一的时钟，容易受波特率误差影响

常见应用场景

• 串口调试
• 与 GSM、WiFi、GPS 模块通信
• 简单传感器数据读取

UART 实战代码示例（STM32 HAL）

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

二、SPI（串行外设接口）

工作方式：主从模式，通常需要 4 根线（MOSI、MISO、SCLK、CS），多从机时可增加片选线。

优点

• 全双工，速度快，常见速率可达 10 Mbps 以上
• 协议简单，延迟低
• 可连接多个从设备（通过片选信号）

缺点

• 需要的 IO 口较多
• 多从机设计时，布线复杂
• 没有标准化的帧结构，需要自定义协议

常见应用场景

• 连接 Flash、SD 卡
• LCD 显示屏驱动
• 高速传感器数据采集

SPI 实战代码示例（读取 Flash ID）

1. uint8_ttx=0x9F;// Flash 读 ID 指令
2. uint8_trx[3];// 接收 ID 数据
4. HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);// CS 低电平
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 高电平

三、I2C（内部集成电路总线）

工作方式：主从架构，仅用两根线（SCL、SDA）即可挂载多个设备。

优点

• 协议标准化，设备寻址简单（7 位或 10 位地址）
• 占用引脚少，便于 PCB 设计
• 硬件生态丰富，几乎所有传感器都支持

缺点

• 通信速率有限（标准模式 100 kbps，高速模式 3.4 Mbps）
• 总线电容和上拉电阻影响信号质量
• 仲裁和时钟同步机制使得实现稍复杂

常见应用场景

• 温湿度传感器、加速度计
• EEPROM 存储器
• 低速配置类寄存器访问

I2C 实战代码示例（读取寄存器）

1. uint8_treg=0x0F;// WHO_AM_I 寄存器
2. uint8_tval;
4. // 写寄存器地址
5. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,DEVICE_ADDR<<1,®,1,HAL_MAX_DELAY);
7. // 读寄存器数据
8. HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,DEVICE_ADDR<<1,&val,1,HAL_MAX_DELAY);

四、三者对比表

特性	UART	SPI	I2C
引脚数	2	≥4	2
通信模式	点对点	主从，多从机	主从，多从机
速率	kbps~Mbps	高速，常达数十 Mbps	100 kbps~3.4 Mbps
复杂度	简单	中等，需要协议约定	较复杂，标准协议
常见应用	调试、模块通信	Flash、显示屏、ADC	传感器、配置类设备

五、如何选择？

• 调试/模块通信：选 UART
• 高速数据传输（屏幕、存储器、ADC）：选 SPI
• 多传感器、低速配置：选 I2C

经验法则：

• MCU 引脚紧张 →I2C
• 对速率要求高 →SPI
• 仅单模块通信 →UART

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总结

UART、SPI、I2C 没有绝对的好坏，只有是否适合你的项目：

• UART：简单直接，适合点对点通信
• SPI：高速稳定，但占用引脚较多
• I2C：节省资源，适合挂载多个外设

掌握三者的差异与使用场景，就能在设计系统时更加灵活，避免返工，提高效率。