SPI、I2C、UART三種串行總線的原理、區別及應用

簡單描述：

SPI 和I2C這兩種通信方式都是短距離的，芯片和芯片之間或者其他元器

件如傳感器和芯片之間的通信。SPI和IIC是板上通信,IIC有時也會做板間通信,

不過距離甚短,不過超過一米,例如一些觸摸屏, 液晶屏那些很薄膜排線很多

用IIC,I2C能用于替代標準的并行總線，能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C

是多主控總線，所以任何一個設備都能像主控器一樣工作，并控制總線。總線上

每一個設備都有一個獨一無二的地址，根據設備它們自己的能力，它們可以作為

發射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存這兩種線屬于低

速傳輸；

而UART是應用于兩個設備之間的通信，如用單片機做好的設備和計算機的

通信。這樣的通信可以做長距離的。UART和,UART就是我們指的串口,速度比上

面三者快,最高達100K左右,用與計算機與設備或者計算機和計算之間通信,但

有效范圍不會很長,約10米左右,UART優點是支持面廣,程序設計結構很簡單,隨

著USB的開展,UART也逐漸走向下坡；

SmBus有點類似于USB設備跟計算機那樣的短距離通信。

簡單的狹義的說SPI和I2C是做在電路板上的。而UART和SMBUS是在機器

外面連接兩個機器的。

詳細描述：

1、UART(TX,RX)就是兩線，一根發送一根接收，可以全雙工通信，線數也比擬少。

數據是異步傳輸的，對雙方的時序要求比擬嚴格，通信速度也不是很快。在多機

通信上面用的最多。

2、SPI(CLK,I/O,O,CS)接口和上面UART相比，多了一條同步時鐘線，上面UART

的缺點也就是它的優點了，對通信雙方的時序要求不嚴格不同設備之間可以很容

易結合，而且通信速度非常快。一般用在產品內部元件之間的高速數據通信上面，

如大容量存儲器等。

3、I2C(SCL,SDA)接口也是兩線接口，它是兩根線之間通過復雜的邏輯關系傳輸

數據的，通信速度不高，程序寫起來也比擬復雜。一般單片機系統里主要用來和

24C02等小容易存儲器連接。

SPI：高速同步串行口。3～4線接口，收發獨立、可同步進行

UART：通用異步串行口。按照標準波特率完成雙向通訊，速度慢

SPI:一種串行傳輸方式,三線制,網上可找到其通信協議和用法的

3根線實現數據雙向傳輸

串行外圍接口 Serial peripheral interface

UART:通用異步收發器

UART是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點要注意的是，它提供了

.

RS-232C數據終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用

RS-232C接口的串行設備通信了。作為接口的一局部，UART還提供以下功能：

將由計算機內部傳送過來的并行數據轉換為輸出的串行數據流。將計算機外部來

的串行數據轉換為字節，供計算機內部使用并行數據的器件使用。在輸出的串行

數據流中參加奇偶校驗位，并對從外部接收的數據流進行奇偶校驗。在輸出數據

流中參加啟停標記，并從接收數據流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發出的

中斷信號〔鍵盤和鼠票也是串行設備〕。可以處理計算機與外部串行設備的同步

管理問題。有一些比擬高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區，現在比擬新

的UART是16550，它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數

據，而通常的UART是8250。現在如果您購置一個內置的調制解調器，此調制解

調器內部通常就會有16550 UART。

I2C: 能用于替代標準的并行總線，能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C是

多主控總線，所以任何一個設備都能像主控器一樣工作，并控制總線。總線上每

一個設備都有一個獨一無二的地址，根據設備它們自己的能力，它們可以作為發

射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存。

I2C總線：

I2C總線最主要的優點是其簡單性和有效性。

由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空

間和芯片管腳的數量，降低了互聯本錢。總線的長度可高達25英尺，并且能夠

以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優點是，它支持多

主控(multimastering)，其中任何能夠進行發送和接收的設備都可以成為主總

線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一

個主控。

UART：

單端，遠距離傳輸。大多數計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀

器儀表設備通用的通信協議；很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時，串

口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。串口通信的概念非常簡單，串

口按位〔bit〕發送和接收字節。盡管比按字節〔byte〕的并行通信慢，但是串

口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實

現遠距離通信。比方IEEE488定義并行通行狀態時，規定設備線總常不得超過

20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達

1200米。

具體的適用范圍就可多了，軍用，醫療...到處到能用。

第一個區別當然是名字：

SPI(Serial Peripheral Interface：串行外設接口);

I2C(INTER IC BUS：意為IC之間總線)

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用異步收

發器)

.

第二，區別在電氣信號線上：

SPI總線由三條信號線組成：串行時鐘(SCLK)、串行數據輸出(SDO)、

串行數據輸入(SDI)。SPI總線可以實現多個SPI設備互相連接。提供SPI串行

時鐘的SPI設備為SPI主機或主設備(Master)，其他設備為SPI從機或從設備

(Slave)。主從設備間可以實現全雙工通信，當有多個從設備時，還可以增加一

條從設備選擇線。

如果用通用IO口模擬SPI總線，必須要有一個輸出口(SDO)，一個輸

入口(SDI)，另一個口那么視實現的設備類型而定，如果要實現主從設備，那么

需輸入輸出口，假設只實現主設備，那么需輸出口即可，假設只實現從設備，那

么只需輸入口即可。

I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控〔multi-master〕

接口標準，具有總線仲裁機制，非常適合在器件之間進行近距離、非經常性的數

據通信。在它的協議體系中，傳輸數據時都會帶上目的設備的設備地址，因此可

以實現設備組網。

如果用通用IO口模擬I2C總線，并實現雙向傳輸，那么需一個輸入輸

出口(SDA)，另外還需一個輸出口(SCL)。〔注：I2C資料了解得比擬少，這里的

描述可能很不完備〕

UART總線是異步串口，因此一般比前兩種同步串口的結構要復雜很

多，一般由波特率產生器(產生的波特率等于傳輸波特率的16倍)、UART接收器、

UART發送器組成，硬件上由兩根線，一根用于發送，一根用于接收。

顯然，如果用通用IO口模擬UART總線，那么需一個輸入口，一個輸

出口。

第三，從第二點明顯可以看出，SPI和UART可以實現全雙工，但I2C不行；

第四，看看牛人們的意見吧！

wudanyu：I2C線更少，我覺得比UART、SPI更為強大，但是技術上也

更加麻煩些，因為I2C需要有雙向IO的支持，而且使用上拉電阻，我覺得抗干

擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，較少用于遠距離通信。SPI

實現要簡單一些，UART需要固定的波特率，就是說兩位數據的間隔要相等，而

SPI那么無所謂，因為它是有時鐘的協議。

quickmou：I2C的速度比SPI慢一點，協議比SPI復雜一點，但是

連線也比標準的SPI要少。

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