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I²C vs SPI vs UART:嵌入式序列介面怎麼選(線數、定址、速度三軸決定)
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I²C vs SPI vs UART:嵌入式序列介面怎麼選(線數、定址、速度三軸決定)

把週邊接上 MCU 該走哪個序列介面?由三個軸決定:線數、多少裝置共線(定址 vs 每顆一條 CS)、要多快。UART 是兩裝置點對點(非同步無時脈);I²C 是兩條線掛一排可定址慢速裝置(需上拉);SPI 是每顆一條 CS 換高速。本文逐一拆解並對應 FMD FT24C、GigaDevice GD25Q、WIZnet WizFi360。

JL 傑聯特科技工程團隊審校 · 更新於 2026-06-28

一句話心智模型 + 三軸

把週邊接上 MCU 時,「該走哪個序列介面」其實由三個軸決定:線數(腳位預算)、多少裝置共線(用位址還是一顆一條 CS)、以及要多快。先記一句心智模型:UART 是「兩個裝置點對點對講」(無時脈、無位址);I²C 是「兩條線上掛一整排有位址的慢速裝置」;SPI 是「多接一條晶片選擇(CS)換高速,一個 CS 接一顆」。下面逐一拆開,最後直接對應到該介面的常用料號。

UART:兩個裝置點對點

UART 是非同步介面:只用兩條線(TX、RX)交叉接,沒有時脈線——靠雙方事先約定相同的鮑率(baud rate),再用每個位元組前的起始位元對齊取樣;鮑率設不一致就會收到亂碼。它本質是「兩個裝置點對點」,沒有主從、沒有位址,不是能掛多顆的匯流排,而且是全雙工(TX/RX 各自獨立同時收發)。速度偏低(常見 9600~115200 bps,實務到數百 kbps 級)。所以 UART 最適合:模組對接與除錯主控台——例如 Wi-Fi 模組用 AT 指令經 UART 收發,WIZnet 的 WizFi360 就是這樣。

I²C:兩條線掛一排可定址裝置

I²C 用兩條線(SDA 資料、SCL 時脈),是同步、可定址的多掛匯流排:每顆裝置有自己的位址,主機用位址在共用的兩條線上挑出目標,所以「加裝置不必加線」是它最大的誘因(7-bit 位址理論上可掛約 127 顆,實務還受匯流排電容限制)。代價是速度較低、半雙工,而且 SDA/SCL 是開汲極(open-drain),一定要接外部上拉電阻才能把線拉回高電位(速度越快、負載越重,上拉值通常要越小)。速度分級:標準 100kHz、快速 400kHz、Fast-mode Plus 1MHz、高速 3.4MHz。最適合:在兩條線上掛一整排慢速、可定址的裝置——EEPROM、RTC、感測器。對應料號:I²C EEPROM 用 FMD FT24C 系列(2-wire、2K~1Mb、1.8~5.5V);I²C RTC 用 Micro Crystal RV 系列(RV-3028-C7 超低功耗 45nA)。

SPI:每顆一條 CS 換高速

SPI 用四條線(MOSI 主出、MISO 主入、SCK 時脈、CS 晶片選擇),同步、全雙工,是三者裡最快的——協定本身沒有速度上限,數十 MHz 是常態,實務元件可跑到 133MHz。它不用位址,而是「每顆裝置一條獨立的 CS」:MOSI/MISO/SCK 共用,主機把要溝通那顆的 CS 拉低就選中它。代價就是裝置越多、CS 腳位越吃緊。最適合:高速、而且裝置數量少(常常就一兩顆)的場合——NOR/NAND Flash、顯示器、快速 ADC。對應料號:SPI NOR Flash 用 GigaDevice GD25Q 系列(單/雙/四線 SPI、2Mb~256Mb、最高 133MHz);SPI NAND 用 GigaDevice GD5F(Gb 級、內建 on-die ECC)。

怎麼選(對應料號)

一句話決策:只連兩個裝置、或要 debug / 接通訊模組 → UART(雙方對好鮑率即可;Wi-Fi 模組 AT 指令 WizFi360)。要在兩條線上掛一整排慢速可定址的裝置、想省腳位 → I²C(加裝置不加線,記得上拉電阻;EEPROM FT24C、RTC RV 系列)。要高速、顆數又少 → SPI(每顆一條 CS,速度換腳位;NOR GD25Q、NAND GD5F)。三軸取捨濃縮成一句:裝置多又慢、想省線 → I²C;要快、顆數少 → SPI;只有兩個東西要對講 → UART。傑聯特科技是 GigaDevice、FMD、Micro Crystal、WIZnet 的授權代理商,I²C(FT24C EEPROM、RV RTC)、SPI(GD25Q NOR、GD5F NAND)、UART(WizFi360 模組)各介面的對應料件都供應;歡迎提供你的裝置種類、數量與速度需求,我們協助選介面與料號,並回覆樣品、規格書與報價。

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