一文搞懂UART、I2C、SPI协议

UART、I2C、SPI都是常见的低速板级通信协议，目前主流的SoC都内置了这些通讯协议的控制器，同样，各种传感器、Touch控制器、指纹模块、蓝牙模块、WIFI模块也都兼容这三种通信方式的一种或几种。

下面分别说下：

UART

UART一般由TXD、RXD、GND三根线组成，是一种异步传输协议。

无论是主机还是从机，均可以自由发送数据，但是由于UART总线并没有时钟线，所以需要提前约定对应的波特率，这是一种很简单的传输协议。 

I2C

I2C是两根线，SDA（数据）和SCL（时钟），也是一种同步传输协议。主机在发送开始信号之后，先发送7个比特的地址位和1个比特的读写位，每个从机有自己的I2C地址，当发现该条指令是发给自己的时候，拉低SDA线（即回复ACK信号），然后主机发送或接收数据，完成传输。传输完成之后，主机发送停止位，完成该次传输。

SPI

SPI是四根线，分别是CS（片选）、MOSI（主发从收）、MISO（从发主收）、CLK（时钟），是一种同步传输协议。主机送出CLK信号，主机到从机的数据在MOSI线上传输，从机到主机的数据在MISO线上传输。在启动传输之前，需要先拉低（一般是这样，也有各别芯片是CS高有效）对应从机的CS管脚，在传输完成之后，再拉高CS管脚，从机的SPI Slave模块进入休眠。

使用场景

首先，I2C和SPI都是同步协议，都有时钟信号，在一条总线上也都可以挂多个从设备，但是I2C的从设备是通过地址来区分的，SPI的从设备是通过片选线来区分的，所以SPI总线上，每多挂一个从设备，就要多用一个线作为片选线，而I2C则不用，只要地址不冲突，可以随便挂设备。

但是，I2C总线速度一般普遍慢于SPI，I2C一般的速度是100kbs、400kbps和1Mbps，而SPI的速度可以在几Mbps，也可以10+Mbps。所以看使用场合，低速的话，I2C就挺合适的，如果速度快一些，则一般都要选用SPI。另外，I2C总线的管脚都是开漏输出，必须外接上拉电阻，阻值可以根据总线速度来推算，一般我们常用400kbps传输速率，上拉电阻选用2.2K。

UART和SPI、I2C不同，他是异步传输的，一般来说传输速度比较慢，传统的传输速度一般在115200bps或以下，不过现在大部分UART控制器也能支持到4Mbps或者8Mbps了。UART目前最常用的就是调试接口，因为UART比较简单，所以CPU输出log一般都通过一个UART口来输出。