UART全双工（两根线tx，rx），无时钟线 ，只能两个设备
SPI全双工（两根线tx、rx + 时钟线 + 片选），一主多从，扩展了接入的设备，同步传输，速度更快
I2C半双工（一根数据线 + 时钟线），多主一从或者多主多从
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）
全双工：意味着数据可以同时在两个方向上传输，即设备A可以向设备B发送数据，同时设备B也可以向设备A发送数据。
两根线：TX（发送线）和RX（接收线）。
无时钟线：UART使用内部的波特率生成器来同步数据，因此不需要额外的时钟线。
设备数量：通常用于两个设备之间的通信，但可以通过使用多路复用器或集线器来扩展以支持更多设备，尽管这可能会引入额外的复杂性和延迟。
SPI（Serial Peripheral Interface）
全双工：同时支持数据的发送和接收。
四根线：MOSI（主设备输出，从设备输入）、MISO（主设备输入，从设备输出）、SCK（时钟线）、CS（片选线，对于每个从设备都有一根）。
一主多从：一个主设备可以与多个从设备通信，通过控制不同的片选线来选择当前通信的从设备。
I2C（Inter-Integrated Circuit）
半双工：数据在同一时间只能在一个方向上传输，但可以通过改变方向来实现双向通信。
两根线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）。
多主一从/多主多从：I2C总线可以支持多个主设备和多个从设备。多个主设备可以通过仲裁机制来决定谁有权使用总线。从设备通常有一个唯一的地址，以便主设备可以选择性地与之通信。
综上所述，UART、SPI和I2C都是串行通信协议，它们各有特点，适用于不同的应用场景。UART简单且易于实现，适用于两个设备之间的通信；SPI速度快，适用于需要高速数据传输的一主多从场景；I2C则因其多主设备和多从设备的支持以及简单的两根线设计而广泛应用于各种微控制器和传感器之间的通信。
速度比较
SPI、UART与I2C在传输速度上存在差异，这主要是由于它们的设计原理、应用场景以及硬件特性所决定的。下面我将分别介绍这三种通信协议的传输速度特点及其原因。
- SPI（Serial Peripheral Interface）
传输速度特点：
SPI是一种高速的、全双工的同步串行通信协议。其传输速度通常可以达到MHz级别，甚至更高。例如，SPI的最大传输速率取决于时钟频率，一般可以达到20MHz，有时甚至可以达到50MHz（来源：【技象科技】工业物联网厂商,智能物联网公司）。
原因：
同步通信：SPI使用时钟信号来同步数据的传输，确保了数据的稳定性和高速率。
全双工通信：允许数据在两根线路上同时双向传输，提高了传输效率。
硬件支持：SPI接口通常集成在微控制器等硬件中，具有较高的性能和灵活性。
2. UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）
传输速度特点：
UART是一种异步串行通信协议，其传输速度相对较慢。UART的波特率（即每秒传输的位数）通常在110 bps至115200 bps之间，高速UART的波特率可以超过115200 bps，但相对于SPI来说仍然较低。
原因：
异步通信：UART不使用时钟信号来同步数据传输，而是通过起始位、数据位、校验位和停止位等字符格式来识别数据的开始和结束，这种方式相对简单但传输效率较低。
硬件限制：UART接口的硬件设计通常较为简单，成本较低，适用于对传输速度要求不高的场景。
3. I2C（Inter-Integrated Circuit）
传输速度特点：
I2C的传输速度介于SPI和UART之间。其标准模式速率为100kbit/s，快速模式速率为400kbit/s，高速模式下甚至可以达到3.4Mbits/s（来源：腾讯云 产业智变·云启未来）。然而，高速模式需要特殊的硬件支持，且在实际应用中并不常见。
原因：
半双工通信：I2C在同一时间内只能进行单向数据传输，虽然可以通过切换方向来实现双向通信，但降低了传输效率。
总线仲裁：I2C支持多主设备通信，通过总线仲裁机制来协调多个主设备之间的通信，这种机制引入了一定的延迟和开销。
硬件特性：I2C接口通常用于连接低速外设，如传感器、EEPROM等，因此其设计更注重于简化布线和降低功耗，而非追求高速传输。
综上所述，SPI、UART与I2C在传输速度上的差异主要源于它们的设计原理、应用场景以及硬件特性。SPI以其高速同步通信的优势适用于需要高速数据传输的场景；UART则以其简单异步通信的特点适用于对传输速度要求不高的场景；而I2C则以其灵活的多主设备通信能力和适中的传输速度在低速外设连接中占据一席之地。