SPI主從模式硬件連接如下圖
SPI的通信原理很簡單,，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備,，需要至少4根線,，事實上3根也可以（單向傳輸時）。也是所有基于SPI的設備共有的,，它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入）,，SDO（數(shù)據(jù)輸出），SCK（時鐘）,，CS（片選）,。
SDO – 主設備數(shù)據(jù)輸出，從設備數(shù)據(jù)輸入 對應MOSI master output slave input
SDI – 主設備數(shù)據(jù)輸入,，從設備數(shù)據(jù)輸出 對應MISO master input slave output
SCLK – 時鐘信號,，由主設備產生
CS – 從設備使能信號，由主設備控制
CS: 其中CS是控制芯片是否被選中的,，也就是說只有片選信號為預先規(guī)定的使能信號時（高電位或低電位）,，對此芯片的操作才有效，這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能,。
SDI/SDO/SCLK: 通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的,，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是SCK時鐘線存在的原因,，由SCK提供時鐘脈沖，SDI,，SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸,。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變,，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取,。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理,。這樣,，在至少8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸,。
要注意的是,，SCK信號線只由主設備控制，從設備不能控制信號線,。同樣,，在一個基于SPI的設備中，至少有一個主控設備。
這樣傳輸?shù)奶攸c：這樣的傳輸方式有一個優(yōu)點,，與普通的串行通訊不同,，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送,，甚至允許暫停,，因為SCK時鐘線由主控設備控制，當沒有時鐘跳變時,，從設備不采集或傳送數(shù)據(jù),，也就是說，主設備通過對SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制,。SPI還是一個數(shù)據(jù)交換協(xié)議：因為SPI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨立,，所以允許同時完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的SPI設備的實現(xiàn)方式不盡相同,，主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時間不同,，在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義，具體請參考相關器件的文檔,。
在點對點的通信中,，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信,，顯得簡單,。在多個從設備的系統(tǒng)中，每個從設備需要獨立的使能信號,，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復雜一些,。
，SPI接口的一個缺點：沒有指定的流控制,，沒有應答機制確認是否接收到數(shù)據(jù),。
AT91RM9200的SPI接口主要由4個引腳構成：SPICLK、MOSI,、MISO及 /SS,，其中SPICLK是整個SPI總線的公用時鐘，MOSI,、MISO作為主機,，從機的輸入輸出的標志，MOSI是主機的輸出,，從機的輸入,，MISO 是主機的輸入，從機的輸出,。/SS是從機的標志管腳,，在互相通信的兩個SPI總線的器件,，/SS管腳的電平低的是從機，相反/SS管腳的電平高的是主機,。在一個SPI通信系統(tǒng)中,，必須有主機。SPI總線可以配置成單主單從,，單主多從，互為主從,。
SPI的片選可以擴充選擇16個外設,這時PCS輸出=NPCS,說NPCS0~3接4-16譯碼器,這個譯碼器是需要外接4-16譯碼器,，譯碼器的輸入為NPCS0~3，輸出用于16個外設的選擇,。
2.協(xié)議舉例
如下圖,，是SPI的簡單收發(fā)時序圖。
SPI是一個環(huán)形總線結構,，由ss（cs）,、sck、sdi,、sdo構成,，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下,，兩個雙向移位寄存器進行數(shù)據(jù)交換,。
假設下面的8位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù)10101010，上升沿發(fā)送,、下降沿接收,、高位先發(fā)送。
那么個上升沿來的時候 數(shù)據(jù)將會是sdo=1,；寄存器=0101010x,。下降沿到來的時候，sdi上的電平將鎖存到寄存器中去,，那么這時寄存器=0101010sdi,，這樣在 8個時鐘脈沖以后，兩個寄存器的內容互相交換一次,。這樣就完成里一個spi時序,。
舉例：
假設主機和從機初始化就緒：并且主機的sbuff=0xaa，從機的sbuff=0x55,，下面將分步對spi的8個時鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍:假設上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)
這樣就完成了兩個寄存器8位的交換,，上面的上表示上升沿、下表示下降沿,，sdi,、sdo相對于主機而言的,。其中ss引腳作為主機的時候，從機可以把它拉底被動選為從機,，作為從機的是時候,，可以作為片選腳用。根據(jù)以上分析,，一個完整的傳送周期是16位,，即兩個字節(jié)，因為,，首先主機要發(fā)送命令過去,，然后從機根據(jù)主機的命令準備數(shù)據(jù)，主機在下一個8位時鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來,。
SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口,，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI,，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO;用于CPU與各種外圍器件進行全雙工,、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù);可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發(fā)送結束 中斷標志;寫沖突保護;總線競爭保護等,。下圖示出SPI總線工作的四種方式,，其中使用的為廣泛的是SPI0和SPI3方式 (實線表示):
