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(shè)備是如何相互通信的？他們到底在說什么？
事實上電子設(shè)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(chǎn)品中，這些語言稱為通信協(xié)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(shè)備通過發(fā)送數(shù)據(jù)位從而實現(xiàn)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(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備。在以5V工作的系統(tǒng)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(shù)據(jù)位可以通過并行或串行的形式進行傳輸。 在并行通信中，數(shù)據(jù)位在導(dǎo)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(fā)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(shè)備通用通信協(xié)議。它有一個獨特優(yōu)勢就是可以無中斷傳輸數(shù)據(jù)，可以連續(xù)地發(fā)送或接收任意數(shù)量的位。而在I2C和UART中，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送，有著限定位數(shù)。在SPI設(shè)備中，設(shè)備分為主機與從機系統(tǒng)。主機是控制設(shè)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(shù)量受系統(tǒng)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(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣热Q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(shè)備共享時鐘信號的任何通信協(xié)議都稱為同步。SPI是一種同步通信協(xié)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(shè)置為預(yù)先配置的波特率，該波特率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜁r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(tài)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(shù)據(jù)發(fā)送給從機，從機也可以通過MISO將數(shù)據(jù)發(fā)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(xié)議。
2. 主機拉低SS / CS引腳，激活從機
3. 主機通過MOSI將數(shù)據(jù)發(fā)送給從機
4. 如果需要響應(yīng)，則從機通過MISO將數(shù)據(jù)返回給主機
使用SPI有一些優(yōu)點和缺點，如果在不同的通信協(xié)議之間進行選擇，則應(yīng)根據(jù)項目要求進行充分考量。
優(yōu)劣
優(yōu)點
SPI通訊無起始位和停止位，因此數(shù)據(jù)可以連續(xù)流傳輸而不會中斷；沒有像I2C這樣的復(fù)雜的從站尋址系統(tǒng)，數(shù)據(jù)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(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
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(fā)送器也稱為串口通訊，它不像SPI和I2C這樣的通信協(xié)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(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)，其最好的優(yōu)點是它僅使用兩條線在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。UART的原理很容易理解，但是如果您還沒有閱讀SPI 通訊協(xié)議，那可能是一個不錯的起點。
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