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常用接口对比

核心概述

外设接口是MCU/处理器与外部设备(传感器、存储器、显示器等)进行通信的桥梁。根据数据传输方式,可分为串行并行两大类。如今,串行接口因其引脚少、布线简单、成本低而成为绝对主流


常用外设接口详解与对比表格

下表总结了最常见的外设接口及其关键特性。

接口名称 全称 / 类型 主要特点与协议 典型应用场景 优势 劣势
UART 通用异步收发传输器
(串行,异步)
- 全双工
- 点对点
- 起始/停止位,无时钟
调试日志输出、GPS模块、蓝牙模块、老式鼠标/键盘、与PC通信 简单、灵活、广泛支持、成本极低 速度慢、无时钟同步、点对点通信、协议简单(无地址)
I2C 集成电路总线
(串行,同步)
- 半双工
- 多主多从
- 2线(SDA, SCL)+ 地址
连接板载传感器(温湿度、加速度计)、EEPROM、RTC时钟、音频编解码器 引脚少(2线)、支持多设备、有ACK机制 速度中等、总线电容限制设备数和速度、软件实现稍复杂
SPI 串行外设接口
(串行,同步)
- 全双工
- 主从模式
- 4线(MISO, MOSI, SCLK, CS)
高速外设、SD卡、Flash存储器、LCD显示屏、ADC/DAC芯片、无线模块 速度非常快(兆比特级)、协议简单灵活 引脚多(每从机需单独CS)、无流控/ACK、无错误检查
USB 通用串行总线
(串行,异步)
- 主从结构(Host/Device)
- 复杂的协议栈
- 差分信号
即插即用外设、键盘/鼠标/U盘、摄像头、调试器、手机充电与数据同步 高带宽、热插拔、供电能力强、生态成熟 协议复杂、需要主机控制器、软件开发复杂
CAN 控制器局域网
(串行,异步)
- 多主竞争
- 差分信号
- 基于消息标识符(非地址)
汽车电子、工业自动化、航电系统、机器人(强实时,高可靠场景) 高可靠性、抗干扰、多主、优秀的错误处理机制 硬件成本高、协议复杂、带宽相对较低
Ethernet 以太网
(串行,异步)
- IEEE 802.3标准
- MAC+PHY
- TCP/IP协议栈
网络连接、工业物联网、远程控制、音视频流传输 高速、长距离、成熟的网络生态、支持复杂网络拓扑 硬件和软件栈复杂、功耗较高
SDIO 安全数字输入输出
(串行,同步)
- 基于SD卡协议
- 4位数据线模式
- 主从结构
Wi-Fi/蓝牙模块、GPS接收器、SD存储卡 高带宽、专为扩展卡设计、支持热插拔 协议复杂、引脚较多、功耗较高

快速选型指南

根据您的需求,可以快速定位合适的接口:

  1. 需要最简单、最低成本的调试或点对点通信

    • 首选:UART
  2. 需要连接多个(>2个)低速传感器,且引脚资源紧张

    • 首选:I2C
  3. 需要驱动显示屏、存储器或任何需要高速数据传输的外设

    • 首选:SPI
  4. 产品是面向PC的即插即用外设,或需要高速数据传输和供电

    • 首选:USB
  5. 应用在汽车、工厂等恶劣环境,要求极高的可靠性和实时性

    • 首选:CAN
  6. 设备需要接入局域网或互联网

    • 首选:Ethernet
  7. 需要扩展Wi-Fi、蓝牙等无线功能模块

    • 首选:SDIO(很多Wi-Fi模块也提供USB或SPI接口)

总结与趋势

  • 串行接口已全面取代并行接口。
  • SPII2C是板级设备间通信的两大支柱。
  • USBEthernet是系统与外部世界连接的主流。
  • CAN则在特定工业领域不可替代。

在选择接口时,永远需要在速度、成本、复杂度、引脚数量和可靠性之间做出权衡。希望这个总结和表格能帮助您在项目设计中做出最佳选择!

http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=28107

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