I2C、SPI、UART都是常見的低速板級通信協議，目前主流的SoC都內置了這些通訊協議的控制器，同樣，各種傳感器、Touch控制器、指紋模塊、藍牙模塊、WIFI模塊也都兼容這三種通信方式的一種或幾種。對于這三種通信協議的差別，可以區分到非常細，包括信號的單位、傳輸協議中的封包格式等。

UART一般由TXD、RXD、GND三根線組成，是一種異步傳輸協議。無論是主機還是從機，均可以自由發送數據，但是由于UART總線并沒有時鐘線，所以需要提前約定對應的波特率，這是一種很簡單的傳輸協議，以此基礎再搭電路可以實現RS-232、RS-242、RS-485等通信協議。過去老式電腦是具備RS-232接口的，但近10年的電腦都只具備USB，因此通常需要透過一個UART轉USB的轉接電路才能互相連接。UART比較簡單，所以CPU輸出log一般都是通過一個UART口來輸出，是目前最常用的調試接口，其傳輸速度比較慢，傳統的傳輸速度在115200bps或以下，不過現在大部分UART控制器也能支持到4Mbps或者8Mbps了。

I2C是兩根線，SDA（數據）和SCL（時鐘），是一種半雙工同步傳輸協議。主機在發送開始信號之后，先發送7個比特的地址位和1個比特的讀寫位，每個從機有自己的I2C地址，當發現該條指令是發給自己的時候，拉低SDA線（即回復ACK信號），然后主機發送或接收數據，完成傳輸。傳輸完成之后，主機發送停止位，完成該次傳輸。I2C最早是由PHILIPS提出來的，用于晶片間的傳輸，理論上可以連接128個從機（一般最多只接10個）,原則上只能以PCB板上的銅箔線路來走，然而目前許多應用卻是把I2C纜線化。另外，I2C總線的管腳都是開漏輸出，必須外接上拉電阻，阻值可以根據總線速度來推算，一般我們常用400kbps傳輸速率(標準模式：100kbps，快速模式：400kbps，高速模式：3.4Mbps)，上拉電阻選用2.2K。

SPI是四根線，分別是CS（片選）、MOSI（主發從收）、MISO（從發主收）、CLK（時鐘），是一種全雙工同步傳輸協議。主機送出CLK信號，主機到從機的數據在MOSI線上傳輸，從機到主機的數據在MISO線上傳輸。在啟動傳輸之前，需要先拉低（一般是這樣，也有各別芯片是CS高有效）對應從機的CS管腳，在傳輸完成之后，再拉高CS管腳，從機的SPI Slave模塊進入休眠。SPI由Motorola發明，與I2C相同可以接多個從機，只是每增加一個從機，線路至少要增加一條，其發送與接收可以同時進行，傳輸速度可達到幾Mbps水平，比I2C快。

UART和后面兩者最大的區別在于后面兩者是同步的，要有統一的時鐘線，而UART不需要，接線方便，但收發雙方都需要配置相同的波特率，即設備要有自己的時鐘源；I2C協議中是有地址規則的，因此在一對多通信的時候更有優勢。常用來連接傳感器；SPI編程簡單，在設備不多，端口充足，對通信速度要求不高的場合可以應用，較常用來連接EEPROM、FLASH或液晶顯示器。


審核編輯：劉清