我们将讨论最常见协议的基础：串行外设接口（Serial Peripheral Interface, SPI）

SPI，I2C和UART比USB，以太网，蓝牙和WiFi等协议要慢很多，但它们更简单，使用的硬件和系统资源也更少。SPI，I2C和UART非常适用于微控制器之间以及不需要传输大量高速数据的微控制器与传感器之间的通信。

串行通信 VS 并行通信
电子设备通过有线物理连接在设备之间发送数据比特来相互通信。有点像单词中的字母，除了不是26个字母（英语字母表中的字母）外，一个比特是二进制的，只能表示1或0。通过电压的快速变化，比特从一个设备转移到另一个设备。在以5V电压工作的系统中，0 V的短脉冲作为0比特进行通信，而5V的短脉冲作为1比特进行通信。
数据位可以通过并行或串行的形式传输。在并行通信中，数据位的所有比特位同时发送，每一个比特链接一根独立的导线。下图显示了二进制中字母“ C”（01000011）的并行传输：

在串行通信中，位通过单根线逐个发送。下图显示了字母“C”在二进制（01000011）中的串行传输：

单工通信、半双工通信、全双工通信之间的区别

单工通信：单向传送，只能是一个方向传送。比如：A传送到传送B，并且只能A传送给B。全双工通信：双向传送，在某一时刻，双方可以同时接收和发送数据。半双工通信：双向传送，在某一时刻，只能一方为发送，另一方为接收。例如：CAN通信、485通信。

SPI通信介绍

SPI的一个独特优势是数据可以不间断地传输。可以在连续流中发送或接收任意数量的位。使用I2C和UART，数据以数据包形式发送，限制为特定数量的位。开始和停止条件定义了每个数据包的开始和结束，因此数据在传输过程中会中断。

通过SPI进行通信的设备处于主从关系中。主机是控制设备（通常是微控制器），而从机（通常是传感器、显示器或存储芯片）从主机获取指令。SPI最简单的配置是单个主机，单从系统，但一个主机可以控制多个从机（下面将详细介绍）。

MOSI（主输出/从输入）：主机将数据发送到从机的线路。

MISO（主输入/从输出）：从机将数据发送到主机的线路。

SCLK（时钟）：时钟信号的线。

SS/CS（从机选择/芯片选择）：主机选择线，用于选择要将数据发送到哪个从机。

在实践中，从机的数量受到系统负载电容的限制，这降低了主机精确切换电压电平的能力。

SPI的工作原理

时钟

时钟信号将主机的数据位输出与从机的位采样同步。每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度由时钟信号的频率决定。SPI通信始终由主站启动，因为主机配置并生成时钟信号。

设备共享时钟信号的任何通信协议都称为同步。SPI 是一种同步通信协议。还有一些不使用时钟信号的异步方法。例如，在UART通信中，双方都设置为预配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时间。

SPI中的时钟信号可以使用时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)属性进行修改。这两个属性协同工作，以定义何时输出位以及何时对位进行采样。时钟极性可由主器件设置，以允许在时钟周期的上升沿或下降沿输出和采样位。时钟相位可以设置为在时钟周期的第一边沿或第二边沿上进行输出和采样，无论它是上升还是下降。

在SPI中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。CPOL 位设置空闲状态期间时钟信号的极性。空闲状态定义为 CS 为高并在传输开始时转换为低电平的周期，以及当 CS 处于低电平并在传输结束时转换为高电平的周期。CPHA 位选择时钟相位。根据CPHA位，上升或下降时钟沿用于采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据 CPOL 和 CPHA 位选择，提供四种 SPI 模式。表中显示了四种SPI模式。