常用串行通信协议核心区别（含CAN、SPI、I2C、UART、RS-485、Ethernet、USB）

以下从通信拓扑、核心优势、速率、典型场景四个维度，梳理七种高频通信协议的核心差异，方便快速匹配使用需求：

1. CAN（控制器局域网）

    •    通信拓扑：总线型，所有设备共用1-2根总线（CAN_H/CAN_L），像“一条公路串联所有建筑”，可连接30+节点。

    •    核心优势：可靠性极强，自带错误检测、自动重发功能，单设备故障不影响总线，抗干扰能力拉满。

    •    速率范围：最高1Mbps，速率优先级低于稳定性。

    •    典型场景：汽车ECU通信、工业控制设备互联（如机床、机器人），适合“断联即有风险”的场景。

2. SPI（串行外设接口）

    •    通信拓扑：一主多从，主设备需给每个从设备单独接“片选线”，像“老师单独叫学生名字对话”，节点数受片选线数量限制。

    •    核心优势：速率最快（可达几十Mbps），通信逻辑简单，无需地址识别，数据传输效率高。

    •    速率范围：最高几十Mbps，是七种里的“速度天花板”。

    •    典型场景：板内高速数据传输，如单片机连接显示屏、存储芯片（如Flash）、AD转换器，追求“快且数据量大”的需求。

3. I2C（集成电路总线）

    •    通信拓扑：多主多从，仅用2根线（SDA数据线、SCL时钟线），靠设备地址区分节点，像“会议室里靠名字确认发言对象”。

    •    核心优势：布线极度精简，2根线即可连接多个设备，硬件成本低。

    •    速率范围：最高几Mbps，速度中等，比UART快但远不及SPI。

    •    典型场景：连接多个低速率外设，如温湿度传感器、实时时钟（RTC）、摄像头模块，适合“设备多、对速度要求不高”的场景。

4. UART（通用异步收发传输器）

    •    通信拓扑：点对点，仅需2根线（TX发送、RX接收），只能两个设备直接连接，像“两部手机一对一打电话”。

    •    核心优势：无需时钟信号，靠预设波特率同步，硬件结构最简单，成本最低。

    •    速率范围：最高几Mbps，速率受距离影响大（距离越远速率越低）。

    •    典型场景：短距离简单通信，如蓝牙模块、GPS模块与单片机连接，或电脑串口调试设备。

5. RS-485

    •    通信拓扑：总线型，支持多节点（最多32个），需2根差分信号线传输。

    •    核心优势：抗干扰能力远强于UART，传输距离可达1200米，适合远距离多设备互联。

    •    速率范围：速率与距离成反比，短距离（10米内）最高10Mbps，长距离（1200米）约100kbps。

    •    典型场景：工业现场远距离通信，如传感器、变频器、PLC之间的连接，常搭配Modbus协议使用。

6. Ethernet（以太网）

    •    通信拓扑：星型/总线型，可复杂组网，靠IP地址识别节点，需网线（或无线）连接。

    •    核心优势：速率极高（百Mbps到万Mbps），支持大量设备联网，兼容性强，是“互联网基础通信方式”。

    •    速率范围：常见百Mbps（Fast Ethernet）、千兆bps（Gigabit Ethernet），甚至万兆bps。

    •    典型场景：需要高速、大量数据传输的场景，如工业互联网设备联网、智能家居中控与多设备通信、单片机通过网线传大数据（如视频）。

7. USB（通用串行总线）

    •    通信拓扑：主从模式（通常电脑/中控是主设备，U盘、鼠标等是从设备），支持“级联”（如通过Hub扩展多个接口）。

    •    核心优势：即插即用，无需手动配置，支持数据传输+供电（如给手机充电同时传文件），兼容性极强。

    •    速率范围：USB 2.0最高480Mbps，USB 3.0最高5Gbps，USB 4.0最高40Gbps。

    •    典型场景：日常设备连接，如电脑接U盘、鼠标、打印机，或单片机通过USB与电脑传数据、供电。

一句话总结选型逻辑

    •    远距离工业通信→RS-485；汽车/高可靠场景→CAN；板内高速传数据→SPI；

    •    多设备少布线→I2C；简单点对点→UART；联网传大数据→Ethernet；日常即插即用→USB。