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  SPI匯流排規定了4個保留邏輯訊號介面:  儘管上面的引腳名稱是最常用的,但在過去,有時會使用其他引腳命名方式,因此舊的積體電路產品的SPI埠引腳名稱可能有所不同。

  SPI匯流排的通訊操作可以在單個主裝置與一或多個從裝置之間進行。  在只有單一從裝置的情況下,如果從裝置允許,SS引腳可以固定為邏輯低電平。然而有一些從裝置需要片選訊號的下降沿來觸發動作。Maxim MAX1242 ADC就是一個例子,它在高→低轉換時才會開始進行模數轉換。對於多個從裝置,每個從裝置都需要一個獨立的SS訊號。  大多數從屬裝置 具有三態邏輯的特性,所以當器件未被選中時,它們的MISO訊號變為高阻抗(邏輯斷開)。沒有三態輸出的器件不能與其他器件共享SPI匯流排段,但是可以使用外接的三態邏輯快取來解決這個問題。

  為了開始通訊,匯流排上的主裝置需要使用從裝置支援的頻率來配置時鐘,這個頻率最高為幾兆赫茲左右。然後主裝置將某根連線到從裝置SS的線上的訊號置為0來選中這個從裝置。如果等待時間是必要的話(例如進行模數轉換),主裝置必須等待滿這段時間之後,才可以發出時鐘週期訊號。  在每個SPI時鐘週期內,都會發生全雙工資料傳輸。主裝置在MOSI線上傳送一個位,從裝置讀取它,同時從機在MISO線上傳送一位資料,主機讀取它。即使只有單向資料傳輸的目的,主從機之間的通訊工作方式仍然是雙工的。  傳輸通常會使用給定字長的兩個移位暫存器,一個在主裝置中,一個在從裝置中,它們之間的連線方式形成了一個虛擬的環形拓樸結構。資料通常先從最高位移出。在時鐘訊號邊沿,主機和從機均移出一位,然後在傳輸線上輸出給對方。在下一個時鐘沿,每個接收器都從傳輸線接受對方發出的資料位,並且從移位暫存器的最低位推入。每完成這樣一個移出——推入的週期後,主機和從機就交換暫存器中的一位資料。當所有資料位都經過了這樣的移出——推入過程後,主機和從機就完成了暫存器上的資料交換。如果需要交換的資料比暫存器的位數還要長的話,則需要重新載入移位暫存器並重復該過程。傳輸可能會持續任意數量的時鐘週期。完成後,主裝置會停止傳送時鐘訊號,並通常會取消選擇從裝置。  傳輸暫存器通常包含8位。但是其他字長也很常見,例如觸控式螢幕控制器或音訊編解碼器通常採用16位字長(如德州儀器的TSC2101),許多數模轉換或者模數轉換的裝置則會採用12位字長。  所有在匯流排上的沒有被片選線啟用的從裝置必須忽略輸入時鐘和MOSI訊號,並且不得從MISO傳送資料。

  在獨立的從裝置配置中,每個從裝置都有獨立的晶片選擇線。 強烈建議在每個獨立器件上使用電源和片選線之間使用上拉電阻,以減少器件之間的串擾。 這是SPI通常被使用的方式。 由於從機的MISO引腳連線在一起,因此它們需要為三態引腳(高,低或高阻抗)。

  SPI從裝置有時會使用另一條訊號線將中斷訊號傳送到主裝置的CPU。 例子包括來自觸控式螢幕感測器的筆下中斷,來自溫度感測器的熱限制警報,實時時鐘晶片發出的警報, SDIO以及來自手機中聲音編解碼器的耳機插孔插入。 SPI標準中並不包括中斷。 中斷的使用既不被禁止也不被標準規定。
序列外設介面(Serial Peripheral Interface Bus,SPI),是一種用於晶片通訊的同步序列通訊介面規範,主要應用於微控制器系統中。類似I2C。 這種介面首先由摩托羅拉公司於20世紀80年代中期開發,後發展成了行業規範。它的典型應用有SD卡與液晶顯示器。