SPI接口扫盲 SPI定义/SPI时序(CPHA CPOL)

SPI接口扫盲


douqingl@gmail.com

为何要写这篇文档?
百度上找出来的SPI接口中文描述都说的太过简略,没有一篇文档能够详尽的将SPI介绍清楚的。wikipedia英文版[注释1]中,SPI接口介绍的很好,但是毕竟是英文版,读起来终究不如母语舒服,所以我结合自己的工作经验,对其进行了汉化、整理
个人SPI接口相关经验:
1. 参与过国产某芯片SPI接口样品验证、SPI接口服务DEMO开发(C语言)。
2. 使用国产某芯片GPIO接口模拟SPI接口C语言
3. 使用STM32芯片的SPI MASTER/SLAVEC语言

SPI接口是什么?

SPI ( Serial Peripheral Interface,串行外设接口)是一种同步、串行通讯接口规格,常用于短距离通讯,主要是在嵌入式系统中。此接口Mototola公司推出,已成为一种事实标准(没有统一的协议规范,但是基于其广泛的使用,根据实际使用中大家通用的习惯形成了一个类似行规的标准)。

SPI典型的应用场景包括SD卡(SD接口中包含SPI接口)和液晶显示。

SPI是一种高速的,全双工,同步的通信总线。分为主(master)、从(slave)两种模式,一个SPI通讯系统需要包含一个(且只能是一个)maser(主设备),一个或多个slave(从设备)

SPI接口的读写操作,都是由master发起。当存在多个从设备时,通过各自的片选(slave select)信号进行管理。

硬件开发人员设计、提供的SPI接口,其实只是一个数据读写通道 ,具体读写数据所代表的意义需要在应用中定义。不像SD接口那样,对于命令有着明确详细的定义。


SPI接口都包含哪些IO线?

除了供电、接地两个模拟连接以外,SPI总线定义四组数字信号:

    - 接口时钟SCLKSerial Clock,也叫SCKCLK),master输出至slave<
<think>好的,我现在需要回答用户关于SPI收发数据的问题。首先,我得回忆一下SPI的基本概念和工作原理。SPI是串行外设接口,全称是Serial Peripheral Interface,常用于短距离通信,尤其是在嵌入式系统中连接微控制器和传感器、存储器等外设。 接下来,用户想要了解的是SPI如何收发数据,所以需要详细解释其数据传输机制。SPI通常采用主从模式,一个主设备控制一个或多个从设备。数据传输涉及四个主要信号线:SCLK(时钟)、MOSI(主发从收)、MISO(从发主收)、SS(片选)。可能需要分别介绍每个线路的作用。 然后,我需要描述SPI的工作过程。比如,主设备通过拉低SS信号选择从设备,然后生成时钟信号SCLK。数据在时钟的上升沿或下降沿被采样,这取决于CPOLCPHA的配置。这里可能需要解释时钟极性和相位的不同模式,因为它们影响数据采样时机。 关于数据收发本身,SPI是全双工的,意味着主设备在发送数据的同时也在接收数据。每次传输通常是8位或16位的数据帧。需要说明数据是如何在MOSI和MISO线上同时传输的,比如主设备通过MOSI发送一位数据,从设备同时通过MISO返回一位数据,这样经过8个时钟周期完成一个字节的交换。 可能还需要提到SPI的优缺点,比如速度快、协议简单,但没有内置的错误检测机制,需要更多硬件线路支持多从机等。此外,可以简要举例说明SPI的应用场景,比如用于Flash存储器、显示屏、传感器等。 在组织回答时,要确保结构清晰,分步骤解释SPI的配置和传输过程。需要检查技术术语的准确性,比如正确区分主从设备、信号线名称、时钟配置参数等。同时,要使用用户容易理解的语言,避免过于专业的术语堆砌,必要时进行比喻或类比。 最后,要验证信息的正确性,确保SPI的工作机制描述无误,特别是全双工传输和时钟极性的部分。可能需要参考权威资料或技术文档来确认关键点,避免出现错误信息。总结时,可以简要概括SPI的核心特点和应用,帮助用户形成整体理解。</think>SPI(Serial Peripheral Interface)是一种**全双工、同步、主从式**串行通信协议,常用于嵌入式系统中主控芯片与外设(如传感器、存储器、显示屏)的数据交换。以下是SPI收发数据的核心原理与步骤解析: --- ### 一、SPI硬件连接 SPI通信需4根信号线(部分简化模式可减少): 1. **SCLK**(Serial Clock):主设备产生的时钟信号,控制数据传输速率。 2. **MOSI**(Master Out Slave In):主设备发送数据,从设备接收。 3. **MISO**(Master In Slave Out):从设备发送数据,主设备接收。 4. **SS/CS**(Slave Select/Chip Select):主设备控制,用于选择目标从设备(低电平有效)。 --- ### 二、SPI配置参数 1. **时钟极性(CPOL)** - $$CPOL=0$$:空闲时SCLK为低电平。 - $$CPOL=1$$:空闲时SCLK为高电平。 2. **时钟相位(CPHA)** - $$CPHA=0$$:数据在SCLK的**第一个边沿**(上升沿或下降沿)被采样。 - $$CPHA=1$$:数据在SCLK的**第二个边沿**被采样。 > 组合形成4种模式(Mode 0-3),主从设备需配置一致。 --- ### 三、SPI数据传输流程 1. **初始化从设备** - 主设备拉低目标从设备的**SS**引脚(选中从设备)。 2. **生成时钟信号** - 主设备产生SCLK信号,频率由主设备时钟分频决定。 3. **全双工数据传输** - **主设备**通过MOSI逐位发送数据,同时通过MISO逐位接收数据。 - **从设备**通过MISO逐位发送数据,同时通过MOSI逐位接收数据。 - 数据在SCLK的有效边沿(由CPHA决定)被采样。 4. **传输完成** - 主设备拉高SS引脚,结束本次通信。 --- ### 四、数据帧示例 以8位数据帧、CPOL=0、CPHA=0(Mode 0)为例: 1. 主设备拉低SS,启动传输。 2. SCLK空闲为低电平(CPOL=0)。 3. 主设备在SCLK的**上升沿**发送数据位,从设备在**上升沿**采样MOSI数据。 4. 从设备在SCLK的**下降沿**发送数据位,主设备在**上升沿**采样MISO数据。 --- ### 五、SPI特性与优缺点 - **优点**: - 全双工通信,速率高(可达数十MHz)。 - 协议简单,无需复杂编解码。 - **缺点**: - 无硬件流控或错误校验,需软件实现。 - 多从机需多个SS信号,占用引脚资源。 --- ### 六、典型应用场景 1. **存储器**(如Flash、EEPROM)的读写操作。 2. **传感器**(如温度、加速度计)的数据采集。 3. **显示屏**(如OLED、TFT)的显示驱动。 通过合理配置CPOL/CPHA模式与时钟频率,SPI可灵活适配不同外设需求。实际开发中需参考外设数据手册,确保主从设备参数匹配。
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