SPI、I2C、UART三种串行总线的原理、区别及应用

简单描述：

SPI 和I2C这两种通信方式都是短距离的，芯片和芯片之间或者其他元器

件如传感器和芯片之间的通信。SPI和IIC是板上通信,IIC有时也会做板间通信,

不过距离甚短,不过超过一米,例如一些触摸屏, 液晶屏那些很薄膜排线很多

用IIC,I2C能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C

是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上

每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为

发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存这两种线属于低

速传输；

而UART是应用于两个设备之间的通信，如用单片机做好的设备和计算机的

通信。这样的通信可以做长距离的。UART和,UART就是我们指的串口,速度比上

面三者快,最高达100K左右,用与计算机与设备或者计算机和计算之间通信,但

有效范围不会很长,约10米左右,UART优点是支持面广,程序设计结构很简单,随

着USB的开展,UART也逐渐走向下坡；

SmBus有点类似于USB设备跟计算机那样的短距离通信。

简单的狭义的说SPI和I2C是做在电路板上的。而UART和SMBUS是在机器

外面连接两个机器的。

详细描述：

1、UART(TX,RX)就是两线，一根发送一根接收，可以全双工通信，线数也比拟少。

数据是异步传输的，对双方的时序要求比拟严格，通信速度也不是很快。在多机

通信上面用的最多。

2、SPI(CLK,I/O,O,CS)接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART

的缺点也就是它的优点了，对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容

易结合，而且通信速度非常快。一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面，

如大容量存储器等。

3、I2C(SCL,SDA)接口也是两线接口，它是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输

数据的，通信速度不高，程序写起来也比拟复杂。一般单片机系统里主要用来和

24C02等小容易存储器连接。

SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行

UART：通用异步串行口。按照标准波特率完成双向通讯，速度慢

SPI:一种串行传输方式,三线制,网上可找到其通信协议和用法的

3根线实现数据双向传输

串行外围接口 Serial peripheral interface

UART:通用异步收发器

UART是用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是，它提供了

.

RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用

RS-232C接口的串行设备通信了。作为接口的一局部，UART还提供以下功能：

将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来

的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用。在输出的串行

数据流中参加奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。在输出数据

流中参加启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。处理由键盘或鼠标发出的

中断信号〔键盘和鼠票也是串行设备〕。可以处理计算机与外部串行设备的同步

管理问题。有一些比拟高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，现在比拟新

的UART是16550，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区内存储16字节数

据，而通常的UART是8250。现在如果您购置一个内置的调制解调器，此调制解

调器内部通常就会有16550 UART。

I2C: 能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是

多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每

一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发

射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。

I2C总线：

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。

由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空

间和芯片管脚的数量，降低了互联本钱。总线的长度可高达25英尺，并且能够

以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多

主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总

线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一

个主控。

UART：

单端，远距离传输。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪

器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串

口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串

口按位〔bit〕发送和接收字节。尽管比按字节〔byte〕的并行通信慢，但是串

口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实

现远距离通信。比方IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过

20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达

1200米。

具体的适用范围就可多了，军用，医疗...到处到能用。

第一个区别当然是名字：

SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口);

I2C(INTER IC BUS：意为IC之间总线)

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收

发器)

.

第二，区别在电气信号线上：

SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、

串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行

时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备

(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一

条从设备选择线。

如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输

入口(SDI)，另一个口那么视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，那么

需输入输出口，假设只实现主设备，那么需输出口即可，假设只实现从设备，那

么只需输入口即可。

I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控〔multi-master〕

接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数

据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可

以实现设备组网。

如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，那么需一个输入输

出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。〔注：I2C资料了解得比拟少，这里的

描述可能很不完备〕

UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很

多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、

UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。

显然，如果用通用IO口模拟UART总线，那么需一个输入口，一个输

出口。

第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；

第四，看看牛人们的意见吧！

wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也

更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，我觉得抗干

扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI

实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而

SPI那么无所谓，因为它是有时钟的协议。

quickmou：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是

连线也比标准的SPI要少。

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