Сравнение протоколов

UART, I2C, 1-Wire и SPI решают похожую задачу: передают цифровые данные между платами и модулями. Но подключаются они по-разному. Поэтому протокол выбирают не по названию, а по задаче: сколько устройств, сколько доступно пинов, какая нужна скорость и как далеко идут провода.

Коротко

Универсально лучшего протокола нет. Для сервисного порта удобен UART, для набора небольших датчиков часто подходит I2C, для нескольких DS18B20 — 1-Wire, для дисплеев и памяти — SPI. Финальный выбор всегда проверяют на конкретных платах, пинах и модулях.

Главная идея

Протокол описывает не только байты, но и способ соединения:

провода и уровни -> правила обмена -> команды конкретного устройства

Например, SPI говорит, где такт и где данные, но не говорит, какую команду отправить TFT-дисплею. I2C говорит, как отправить адрес, но сам адрес зависит от микросхемы и перемычек модуля.

Сравнение по проводам

Признак	UART	I2C	1-Wire	SPI
Основные сигналы	TX, RX	SDA, SCL	DQ	SCK, MOSI, MISO, CS
Общий GND	нужен	нужен	нужен	нужен
Несколько устройств	неудобно без доп. схемы	удобно по адресам	удобно по ROM-кодам	удобно, но нужен отдельный CS
Такт	нет отдельной линии	SCL	временные слоты	SCK
Типичная задача	консоль, Bluetooth, GPS	датчики, OLED, RTC	DS18B20	дисплей, память, быстрый датчик

Фразы вроде «двухпроводная шина» обычно считают только сигнальные линии. Питание и GND всё равно нужны, если устройство не получает их другим предусмотренным способом.

Где искать пины на платах

На Arduino Uno многие пины запоминаются быстро: UART на D0/D1, I2C на A4/A5, SPI на D10-D13. Но на Arduino Mega, ESP32, ESP8266 и других платах номера могут отличаться.

Протокол	Arduino Uno	ESP32 DevKit в Arduino core
UART	D0/RX, D1/TX	UART0 обычно связан с USB; дополнительные UART можно назначать на GPIO
I2C	A4/SDA, A5/SCL	часто GPIO21/SDA, GPIO22/SCL, но можно переназначать
1-Wire	любой свободный цифровой пин, часто D2	свободный GPIO, например GPIO4
SPI	D13/SCK, D11/MOSI, D12/MISO, D10/SS	часто VSPI: 18/SCK, 23/MOSI, 19/MISO, 5/SS

Если плата не Uno, не стоит переносить схему «по памяти». Открывают pinout именно этой платы и проверяют, не занят ли выбранный вывод загрузкой, USB, flash-памятью или другим модулем.

Как выбирать

1. Определите участников обмена: одна плата и один модуль или целая группа устройств.
2. Посчитайте доступные пины: хватит ли отдельных CS, нужны ли SDA/SCL, есть ли свободный UART.
3. Проверьте уровни: 5 В, 3,3 В, необходимость преобразователя.
4. Оцените объём данных: один байт состояния, строка команд, поток пикселей или блок памяти.
5. Соберите короткий тест и проверьте сигнал логическим анализатором.

Быстрый выбор для робота

Задача	Обычно удобно	Почему
отправить команды с Bluetooth HC-06	UART	модуль уже отдаёт TX/RX
подключить BME280 и OLED	I2C	два сигнальных провода на несколько адресов
поставить несколько датчиков температуры DS18B20	1-Wire	одна линия данных и уникальные ROM-коды
обновлять TFT-дисплей	SPI	выше скорость и явный выбор устройства
связать Arduino с компьютером через адаптер	UART через USB-TTL	простой поток байтов для отладки

Что может испортить выбор

Проблема	Где часто встречается
не хватает пинов	SPI с несколькими устройствами
одинаковые адреса	I2C-модули одной модели
длинные провода и медленный фронт	I2C и 1-Wire
занятые D0/D1	UART на Arduino Uno
неверный режим такта	SPI
разные логические уровни	любые протоколы между 5 В и 3,3 В

Что запомнить

• UART прост для прямого обмена, но не адресует много устройств сам по себе.
• I2C экономит пины, но требует адресов и подтяжек.
• 1-Wire удобен для нескольких простых датчиков на одной линии.
• SPI быстрый, но требует больше сигнальных линий.
• Реальная надёжность зависит от схемы, проводов, питания и настроек.

Практика

1. Для робота с дисплеем, BME280, DS18B20 и Bluetooth-модулем выберите протокол для каждого устройства.
2. Нарисуйте схему соединений и подпишите каждый провод.
3. Отдельно отметьте, где нужны подтяжки, а где отдельный CS.
4. Для выбранной платы найдите реальные номера пинов в pinout.

Проверьте себя

1. Почему нельзя выбрать протокол только по максимальной скорости?
2. Чем адрес I2C отличается от линии CS в SPI?
3. Какой протокол удобен для нескольких DS18B20?
4. Почему для UART на Arduino Uno часто возникают конфликты с USB?

Ориентиры для самопроверки

Сначала ответьте без подсказки. Ответ можно считать полным, если вы:

• формулируете основную мысль своими словами;
• называете важные условия, ограничения или меры безопасности;
• для схемы, кода или расчёта показываете ход решения и ожидаемый результат.

Если один из пунктов объяснить не получается, найдите соответствующую главу статьи, перечитайте её и повторите ответ.

Словарь статьи

• Протокол — правила формирования и обмена сообщениями.
• Топология — способ соединения участников и линий связи.
• Адрес — число, по которому контроллер выбирает устройство на общей шине.
• Пропускная способность — объём данных, который канал передаёт за единицу времени.
• Логический уровень — диапазон напряжения, который вход распознаёт как LOW или HIGH.

Связанные темы

• UART — линии TX/RX, HC-06 и обмен между Arduino.
• I2C — SDA/SCL, подтяжки и адреса.
• 1-Wire — DQ, ROM-коды и DS18B20.
• SPI — SCK, COPI, CIPO, CS и старые обозначения линий.
• Отладка обмена — как проверять выбранный интерфейс.

Источники

• Arduino Docs. Arduino Uno Rev3.
• Espressif. Arduino-ESP32 Serial communication.
• Espressif. Arduino-ESP32 I2C API.
• Espressif. Arduino-ESP32 SPI API.
• Analog Devices. DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer.