當您將微控制器連接到傳感器，顯示器或其他模塊時，您是否考慮過這兩種設備是如何相互通信的？他們到底在說什么？
事實上電子設備之間的通信就像人類之間的交流，雙方都需要說相同的語言。在電子產品中，這些語言稱為通信協議。首先我們將從一些基本概念入手，然后再詳細說明SPI的工作原理。
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串行VS并行
電子設備通過發送數據位從而實現相互交談。位是二進制的，只能是1或0。通過電壓的快速變化，位從一個設備傳輸到另一個設備。在以5V工作的系統中，“0”通過0V的短脈沖進行通信，而“1”通過5V的短脈沖進行通信。
數據位可以通過并行或串行的形式進行傳輸。 在并行通信中，數據位在導線上同時傳輸。下圖顯示了二進制（01000011）中字母“C”的并行傳輸：
在串行通信中，位通過單根線一一發送。下圖顯示了二進制（01000011）中字母“C”的串行傳輸：
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SPI總線
SPI是一種常見的設備通用通信協議。它有一個獨特優勢就是可以無中斷傳輸數據，可以連續地發送或接收任意數量的位。而在I2C和UART中，數據以數據包的形式發送，有著限定位數。在SPI設備中，設備分為主機與從機系統。主機是控制設備（通常是微控制器），而從機（通常是傳感器，顯示器或存儲芯片）從主機那獲取指令。一套SPI通訊共包含四種信號線：MOSI (Master Output/Slave Input) – 信號線，主機輸出，從機輸入。MISO (Master Input/Slave Output) – 信號線，主機輸入，從機輸出。SCLK (Clock) – 時鐘信號。SS/CS (Slave Select/Chip Select) – 片選信號。
實際上，從機的數量受系統負載電容的限制，它會降低主機在電壓電平之間準確切換的能力。
工作原理
時鐘信號
每個時鐘周期傳輸一位數據，因此數據傳輸的速度取決于時鐘信號的頻率。 時鐘信號由于是主機配置生成的，因此SPI通信始終由主機啟動。
設備共享時鐘信號的任何通信協議都稱為同步。SPI是一種同步通信協議，還有一些異步通信不使用時鐘信號。 例如在UART通信中，雙方都設置為預先配置的波特率，該波特率決定了數據傳輸的速度和時序。
片選信號
主機通過拉低從機的CS/SS來使能通信。 在空閑/非傳輸狀態下，片選線保持高電平。在主機上可以存在多個CS/SS引腳，允許主機與多個不同的從機進行通訊。
如果主機只有一個片選引腳可用，則可以通過以下方式連接這些從器件：
MOSI和MISO
主機通過MOSI以串行方式將數據發送給從機，從機也可以通過MISO將數據發送給主機，兩者可以同時進行。所以理論上，SPI是一種全雙工的通訊協議。
2. 主機拉低SS / CS引腳，激活從機
3. 主機通過MOSI將數據發送給從機
4. 如果需要響應，則從機通過MISO將數據返回給主機
使用SPI有一些優點和缺點，如果在不同的通信協議之間進行選擇，則應根據項目要求進行充分考量。
優劣
優點
SPI通訊無起始位和停止位，因此數據可以連續流傳輸而不會中斷；沒有像I2C這樣的復雜的從站尋址系統，數據傳輸速率比I2C更高（幾乎快兩倍）。獨立的MISO和MOSI線路，可以同時發送和接收數據。
缺點
SPI使用四根線（I2C和UART使用兩根線），沒有信號接收成功的確認（I2C擁有此功能），沒有任何形式的錯誤檢查（如UART中的奇偶校驗位等）。
UART代表通用異步接收器/發送器也稱為串口通訊，它不像SPI和I2C這樣的通信協議，而是微控制器中的物理電路或獨立的IC。UART的主要目的是發送和接收串行數據，其最好的優點是它僅使用兩條線在設備之間傳輸數據。UART的原理很容易理解，但是如果您還沒有閱讀SPI 通訊協議，那可能是一個不錯的起點。
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