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，可分为串行和并行两大类。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：
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需要最简单、最低成本的调试或点对点通信？
- 首选：UART
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需要连接多个（>2个）低速传感器，且引脚资源紧张？
- 首选：I2C
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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
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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
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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
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设备需要接入局域网或互联网？
- 首选：Ethernet
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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。
- SPI和I2C是板级设备间通信的两大支柱。
- USB和Ethernet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！
