SPI是一種采用串行同步方式的3線或4線通信接口，使用信號有使能信號，同步時鐘，同步數據輸入和數據輸出。其常用于微控制器和外圍芯片的直接連接和擴展。

    一個典型的SPI總線系統包括一個主機和一個從機，雙方之間通過主機輸出/從機輸入(MOSI)，主機輸入/從機輸出(MISO) ，同步時鐘信號(SCLK)，從機選擇(SS|)，4跟信號線相連。SPI的通信過程本質上就是在同步時鐘作用下的串行移位。可以把主機和從機看成是兩個串行移位寄存器，通過MOSI和MISO首尾相連。主機發起傳輸時，先拉低從機選擇信號，然后在內部時鐘的作用下將SPI數據寄存器中的內容逐步移出，通過MOSI傳送到從機。雙方數據交換完畢后，拉高從機選擇信號，停止SCLK，結束SPI.

    SPI根據同步時鐘的極性和同步時鐘的相位兩個參數，可以配置為4種不同的工作模式。同步時鐘(CPOL)的極性指SPI總線處于傳輸空閑時，SCLK信號的狀態。同步時鐘的相位(CPHA)指進行SPI傳輸時對數據進行采樣/鎖存點相對于SCLK上時鐘信號的位置。

    AVR的SPI是采用硬件方式實現的全雙工3線同步通信接口，支持主機，從機模式和4種不同傳輸模式的SPI時序。主機方式的最高速率為系統時鐘頻率的1/2，從機方式為1/4。 ATMega 16的SPI接口的硬件部分由數據寄存器，時鐘邏輯，引腳邏輯和控制邏輯4部分組成。與SPI相關的寄存器有SPI控制寄存器SPCR,SPI狀態寄存器SPSR，SPI數據寄存器SPDR。