【每日小知识】I2C _ UART _ SPI 三大通信总线...

【每日小知识】I2C、UART、SPI 三大通信总线快速分清

刚入门硬件时，最容易被各种通信总线绕晕：I2C、UART、SPI，看起来都是“芯片之间说话”，但它们的性格完全不同。

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一、UART 和 USART

UART全称：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

中文常叫：通用异步收发器

关键词是：异步

UART 通信时一般没有单独的时钟线，双方靠约定好的波特率来“对拍”。

A 和 B 只是提前约好：

“我们都用 115200 的语速说话。”

A 的 TX 接 B 的 RX，A 的 RX 接 B 的 TX。

然后A 开始说，B 按照这个速度去听。

所以 UART 常见引脚是：

• TX：发送
• RX：接收
• GND：共地

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USART全称：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

中文常叫：通用同步/异步收发器

关键词是：同步/异步

USART 比 UART 多了一种能力：同步通信。

同步模式下，它可能会额外使用一根时钟线，比如：

• TX
• RX
• CLK

这就像有人在旁边打拍子：

“一、二、三、四，按这个节奏收发数据。”

有时钟线参与后，收发双方对时序的依赖更明确。

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但我们平时说“串口 UART”，通常也是在说它的异步模式。

也就是说：芯片外设叫 USART，不代表你一定在用同步通信。

大多数情况下，你只是把 USART 当 UART 用。

这也是新人最容易困惑的地方。

所以你可以这样理解：

USART 是增强版 UART，UART 是 USART 的一种常用工作方式。

二、I2C

I2C 可以理解为一个老师管理一个班级。

总线上通常只有两根线：

• SCL：时钟线，像老师敲黑板控制节奏
• SDA：数据线，像学生回答问题的通道

I2C 最典型的特点是：

一条总线上可以挂很多设备。

每个 I2C 设备都有自己的地址，像每个学生都有学号。MCU 想找谁，就先喊地址：

“学号 0x68 的同学在吗？我要读你的数据。”

如果设备地址匹配，它就回应；其他设备保持安静。

两根线，多个设备，靠地址区分谁说话。

但你想想通讯每次都要先喊人，速率肯定上不来，这也是I2C的缺点。

但 I2C 有一个非常容易被忽略的点：I2C 的 SDA 和 SCL 通常需要上拉电阻。

为什么？

因为 I2C 很多时候不是主动输出高电平，而是大家一起“松手”，让上拉电阻把线拉高；需要输出低电平时，再由设备把线拉低。

这就像一根绳子挂在弹簧上，大家可以往下拉，但没人拉的时候，弹簧会把它拉回去。

所以如果没有上拉电阻，或者上拉阻值不合适，就可能出现：

• 波形上升沿很慢
• 通信不稳定
• 扫不到设备地址
• 低速能跑，高速就挂
• 板子 A 能用，板子 B 不能用

常见上拉电阻可以从 4.7kΩ 附近开始考虑，但不是固定答案。

比如总线速度越高、线越长、挂载设备越多，可以取1K或2.2K电阻，但是要电流上升也会导致器件发热。需要综合考虑。

上拉电阻只需要一组，总线共用，不用每个 I2C 器件单独配。

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三、SPI

SPI 可以理解为老板给每个重要员工拉专线开高速会议。

常见 SPI 有四类信号：

• SCLK：时钟线，控制节奏
• MOSI：主机发给从机
• MISO：从机发给主机
• CS / SS：片选线，决定当前叫谁出来工作

SPI 的关键在于片选线。

MCU 想跟哪个设备通信，就把对应设备的 CS 拉低，相当于老板点名：

“现在 3 号员工进入会议，其他人先别说话。”

SPI 的特点是：

• 速度快
• 通信效率高
• 常用于 Flash、屏幕、ADC、DAC、高速传感器等
• 适合数据量较大的场景

但代价是：设备越多，通常需要越多片选线。它不像 I2C 那样天然靠地址管理多个设备。

四、对比总览

硬件新人可以先记住：

少设备、简单通信看 UART；

多设备、省引脚看 I2C；

高速度、大数据看 SPI。