SPI、I2C、CAN 、UART总线协议

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1. SPI（Serial Peripheral Interface）

• 特点：
  • 全双工同步通信。
  • 采用主从架构，一个主设备可以连接多个从设备。
  • 使用 4 根线：SCLK（时钟）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、SS（片选）。
  • 通信速度快，通常可达几十 Mbps。
• 优点：
  • 高速传输。
  • 硬件实现简单。
• 缺点：
  • 需要较多的引脚（每个从设备需要一个片选信号）。
  • 通信距离短，通常用于板级通信。
• 应用场景：
  • 高速数据传输，如存储器（Flash、EEPROM）、传感器（加速度计、陀螺仪）、显示屏等。

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2. I2C（Inter-Integrated Circuit）

• 特点：
  • 半双工同步通信。
  • 采用主从架构，支持多主多从。
  • 使用 2 根线：SDA（数据线）和 SCL（时钟线）。
  • 通过地址识别设备，支持多设备共享总线。
  • 通信速度较慢，标准模式 100 kbps，快速模式 400 kbps，高速模式 3.4 Mbps。
• 优点：
  • 引脚少，布线简单。
  • 支持多设备共享总线。
• 缺点：
  • 速度较慢。
  • 通信距离短，通常用于板级通信。
• 应用场景：
  • 低速数据传输，如传感器（温度、湿度）、RTC（实时时钟）、EEPROM 等。

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3. CAN（Controller Area Network）

• 特点：
  • 异步通信。
  • 采用多主架构，支持多设备共享总线。
  • 使用 2 根线：CAN_H 和 CAN_L。
  • 具有强大的错误检测和处理机制，可靠性高。
  • 通信速度中等，通常为 125 kbps 到 1 Mbps。
  • 通信距离较长，可达几千米（低速时）。
• 优点：
  • 可靠性高，抗干扰能力强。
  • 支持多设备共享总线。
  • 通信距离长。
• 缺点：
  • 硬件实现复杂。
  • 通信速度较 SPI 慢。
• 应用场景：
  • 汽车电子（如车身控制、发动机管理）。
  • 工业控制（如 PLC、传感器网络）。

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4. UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）

• 特点：
  • 异步通信。
  • 点对点通信，通常用于两个设备之间的通信。
  • 使用 2 根线：TX（发送）和 RX（接收）。
  • 通信速度可配置，通常为 9600 bps 到 115200 bps。
  • 通信距离较短，通常用于板级或设备间通信。
• 优点：
  • 实现简单，硬件成本低。
  • 支持长距离通信（通过 RS-232/RS-485 转换）。
• 缺点：
  • 通信速度较慢。
  • 不支持多设备共享总线。
• 应用场景：
  • 设备间通信（如单片机与 PC 通信）。
  • 调试接口（如打印调试信息）。

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对比总结

特性	SPI	I2C	CAN	UART
通信方式	同步	同步	异步	异步
通信方向	全双工	半双工	半双工	全双工
引脚数	4（SCLK, MOSI, MISO, SS）	2（SDA, SCL）	2（CAN_H, CAN_L）	2（TX, RX）
速度	高（几十 Mbps）	低（100 kbps - 3.4 Mbps）	中（125 kbps - 1 Mbps）	低（9600 bps - 115200 bps）
通信距离	短（板级）	短（板级）	长（几千米）	中（设备间）
多设备支持	需要多个片选信号	支持多设备共享总线	支持多设备共享总线	不支持
可靠性	一般	一般	高	一般
应用场景	高速数据传输	低速数据传输	高可靠性通信	设备间通信

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选择建议

• 如果需要高速数据传输，选择 SPI。
• 如果需要多设备共享总线且速度要求不高，选择 I2C。
• 如果需要高可靠性和长距离通信，选择 CAN。
• 如果需要简单设备间通信，选择 UART。