SPI(Serial Peripheral Interface)协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI总线可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件相连，包括FLASH RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。
接口
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MOSI
| 主设备输出/从设备输入引脚
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MISO
| 主设备输入/从设备输出引脚 |
SCK
| 时钟信号线用于数据同步
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SS
| 从设备选择信号线（片选信号线）
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SPI常见硬件连接图：
从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为NSS或CS，以下用NSS表示。当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其它信号线SCK，MOSI及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这3条总线；而每个从设备都有独立的这一条NSS信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。12C协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而SPI协议中没有设备地址，它使用NSS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的NSS信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行SPI通讯。所以SPI通讯以NSS线置低电平为开始信号，以NSS线被拉高作为结束信号。
1、通讯的起始和停止信号
在图中的标号1处，NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。NSS是每个从机各自独占的信号线，当从机检在自己的NSS线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。在图中的标号6处，NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。2、数据有效性
SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB先行(高位先行)或LSB(低位先行)先行并没有作硬性规定，但要保证两个SPI通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用上图中的MSB先行(高位先行)模式。观察图中的2345标号处，MOSI及MISO的数据在SCK的上升沿期间变化输出，在SCK的下降沿时被采样。即在SCK的下降沿时刻，MOSI及MISO的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI及MISO为下一次表示数据做准备。SPI每次数据传输可以8位或16位为单位，每次传输的单位数不受限制。3、CPOL(时钟极性)/CPHA(时钟相位)及通讯模式
上面讲述的图中的时序只是SPI中的其中一种通讯模式，SPI一共有四种通讯模式，它们的主要区别是：总线空闲时SCK的时钟状态以及数据采样时刻。为方便说明，在此引入“时钟极性CPOL”和“时钟相位CPHA”的概念。
时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号(即SPI通讯开始前、NSS线为高电平时SCK的状态)。CPOL=0时，SCK在空闲状态时为低电平，CPOL=1时，则相反。时钟相位CPHA是指数据的采样的时刻，当CPHA=0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样。
当CPHA=1时，数据线在SCK的“偶数边沿”采样。
I2C通讯协议(Inter-Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
它的物理层有以下几个主要特点：
1、支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连 接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
2、一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
3、每个连接到总线的设备都有一个唯一的地址，主机利用这个地址在不同设备之间的访问。
4、总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲， 都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
5、常用的速率：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s。
协议层：
I2C 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广 播等环节。I2C 通讯过程的基本结构如下：
I2C详细细节：
1、I2C 的起始和停止信号
I2C 的起始和停止信号 前文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，如下图。当SCL线是高电平时SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。
2、数据有效性
I2C 使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA 的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。
3、地址及数据方向
地址及数据方向I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/W)，第8位或第11位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。
读数据方向时，主机会释放对 SDA 信号线的控制，由从机控制 SDA 信号线，主机接收信 号，写数据方向时，SDA 由主机控制，从机接收信号。4、响应
响应I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到I2C传输的一个字节数据或地址后，若希望 对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后 会产生一个停止信号，结束信号传输。传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收 端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。
I2C完整数据传输：
I2C为什么要加上拉电阻：
I2C的输入输出结构采用的是开漏的结构。开漏结构不能够自主得到高电平，所以需要通过外部上拉电阻来实现I2C通信过程中的高电平。连接到总线的器件的输出级必须是漏极开路，都通过上拉电阻连接到电源，这样才能够实现“线与”功能。因为多个设备共用一条I2C总线，如果I2C使用的是推挽输出，假设在某个时间，A设备和B设备刚好在不同的电平输出，则会引起短路。如果我们不接上拉电阻，设备的I2C SCL SDA引脚是浮空状态，浮空的意思是没有确定的电平，可能是高，也可能是低。而根据I2C的协议，在总线空闲期间，SDA和SCL都是高电平，当SDA出现下降沿时信号传输开始，如果没有确定的电平，一旦有外部的干扰，则可能会误启动I2C。
