Cuitbasics 汽车ECU设计 2/2
当您将微控制器连接到传感器，显示器或其他模块时，您是否考虑过这两种设备是如何相互通信的？他们到底在说什么？
事实上电子设备之间的通信就像人类之间的交流，双方都需要说相同的语言。在电子产品中，这些语言称为通信协议。首先我们将从一些基本概念入手，然后再详细说明SPI的工作原理。
串行 VS 并行
电子设备通过发送数据位从而实现相互交谈。位是二进制的，只能是1或0。通过电压的快速变化，位从一个设备传输到另一个设备。在以5V工作的系统中，“0”通过0V的短脉冲进行通信，而“1”通过5V的短脉冲进行通信。
数据位可以通过并行或串行的形式进行传输。 在并行通信中，数据位在导线上同时传输。下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的并行传输：
在串行通信中，位通过单根线一一发送。下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输：
SPI通讯
SPI是一种常见的设备通用通信协议。它有一个独特优势就是可以无中断传输数据，可以连续地发送或接收任意数量的位。而在I2C和UART中，数据以数据包的形式发送，有着限定位数。
在SPI设备中，设备分为主机与从机系统。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）从主机那获取指令。一套SPI通讯共包含四种信号线：
MOSI (Master Output/Slave Input) – 信号线，主机输出，从机输入。
MISO (Master Input/Slave Output) – 信号线，主机输入，从机输出。
SCLK (Clock) – 时钟信号。
SS/CS (Slave Select/Chip Select) – 片选信号。
SPI协议特点
实际上，从机的数量受系统负载电容的限制，它会降低主机在电压电平之间准确切换的能力。
工作原理
时钟信号
每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。 时钟信号由于是主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。
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，还有一些异步通信不使用时钟信号。 例如在UART通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时序。
片选信号
主机通过拉低从机的CS/SS来使能通信。 在空闲/非传输状态下，片选线保持高电平。在主机上可以存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个不同的从机进行通讯。
如果主机只有一个片选引脚可用，则可以通过以下方式连接这些从器件：
MOSI和MISO
主机通过MOSI以串行方式将数据发送给从机，从机也可以通过MISO将数据发送给主机，两者可以同时进行。所以理论上，SPI是一种全双工的通讯协议。
传输步骤
1. 主机输出时钟信号
2. 主机拉低SS / CS引脚，激活从机
3. 主机通过MOSI将数据发送给从机
4. 如果需要响应，则从机通过MISO将数据返回给主机
使用SPI有一些优点和缺点，如果在不同的通信协议之间进行选择，则应根据项目要求进行充分考量。
优劣
优点
SPI通讯无起始位和停止位，因此数据可以连续流传输而不会中断；没有像I2C这样的复杂的从站寻址系统，数据传输速率比I2C更高（几乎快两倍）。独立的MISO和MOSI线路，可以同时发送和接收数据。
缺点
SPI使用四根线（I2C和UART使用两根线），没有信号接收成功的确认（I2C拥有此功能），没有任何形式的错误检查（如UART中的奇偶校验位等）。
