SPI物理层

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Serial Peripheral Interface:串行外围设备接口,是一种高速全双工的通信总线

SPI通讯使用 3 条总线及片选线,3条总线分别为 SCK、MOSI、MISO,片选线为NSS(也是SS、CS)。

NSS: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。I2C 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。

SCK (Serial Clock):时钟信号线,用于通讯数据同步。它由通讯主机产生,决定了通讯的速率,不同的设备支持的最高时钟频率不一样,如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为f pclk /2,两个设备之间通讯时,通讯速率受限于低速设备。

MOSI (Master Output, Slave Input):主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出,从机由这条信号线读入主机发送的数据,即这条线上数据的方向为主机到从机。

MISO(Master Input,,Slave Output):主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据,从机的数据由这条信号线输出到机,即在这条线上数据的方向为从机到主机

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<think> 我们正在讨论SPI物理层的接线形式。根据引用[2]中的描述,SPI使用MOSI、MISO、SCK信号线来传输数据,同时还有一个可选的NSS(从机选择)信号线。因此,SPI物理层的接线形式主要取决于这些信号线的连接方式。常见的接线形式包括标准SPI(4线制)、3线制(半双工)、以及多从机配置(使用多个NSS或菊花链)。 </think>### SPI物理层的接线形式及简述 SPI(Serial Peripheral Interface)物理层的接线形式主要有以下三种类型: --- #### **1. 标准4线制(全双工模式)** - **接线方式**: - **SCK**(Serial Clock):主机发出的时钟信号线,用于数据同步[^2] - **MOSI**(Master Out Slave In):主机输出、从机输入的数据线[^2] - **MISO**(Master In Slave Out):主机输入、从机输出的数据线[^2] - **SS/CS**(Slave Select/Chip Select):主机控制的从机选择信号线(低电平有效)[^1] - **工作特点**: - 全双工通信,MOSI和MISO同时传输数据 - 数据在SCK的**上升沿或下降沿采样**(由CPOL/CPHA配置决定)[^2] - 每个从机需要独立的SS线(如图示) - **典型应用**:高速传感器、存储器芯片(如SD卡、FLASH) ```mermaid graph LR 主机[SPI主机] -- SCK --> 从机1[从机1] 主机 -- MOSI --> 从机1 主机 -- MISO --> 从机1 主机 -- SS1 --> 从机1 主机 -- SS2 --> 从机2[从机2] 主机 -- SCK --> 从机2 主机 -- MOSI --> 从机2 主机 -- MISO --> 从机2 ``` --- #### **2. 3线制(半双工模式)** - **接线方式**: - **SCK**:时钟信号线(与4线制相同) - **SIO**(Serial I/O):双向数据线(合并MOSI/MISO) - **SS/CS**:从机选择信号线 - **工作特点**: - 半双工通信,同一时刻只能单向传输 - 通过SS线控制数据传输方向切换 - **优势**:减少引脚占用,节省布线空间 - **局限性**:速度低于4线制(需切换方向) - **典型应用**:引脚资源受限的嵌入式系统 ```mermaid graph LR 主机[SPI主机] -- SCK --> 从机[从机] 主机 -- SIO --> 从机 主机 -- SS --> 从机 ``` --- #### **3. 菊花链(Daisy-Chain)** - **接线方式**: - **SCK**和**SS**:所有从机共享同一组时钟和片选信号 - **MOSI**:主机输出 → 从机1输入 → 从机1输出 → 从机2输入(级联) - **MISO**:末端从机输出 → 主机输入 - **工作特点**: - 数据从主机依次流经所有从机(类似移位寄存器) - 单次传输可控制多个从机,但**数据需按顺序处理** - **优势**:极大减少SS线数量(只需1根SS线) - **典型应用**:LED驱动芯片(如WS2812)、级联ADC/DAC ```mermaid graph LR 主机[SPI主机] -- SCK --> 从机1[从机1] 主机 -- SS --> 从机1 主机 -- MOSI --> 从机1 从机1 -- MOSI --> 从机2[从机2] 从机2 -- MISO --> 主机 ``` --- ### 关键特性对比 | 接线形式 | 信号线数量 | 通信模式 | 多从机支持 | 典型速率 | |----------------|------------|------------|------------------|--------------| | 标准4线制 | 4线/从机 | 全双工 | 独立SS线 | ≤100 Mbps | | 3线制 | 3线 | 半双工 | 独立SS线 | ≤10 Mbps | | 菊花链 | 3线 | 准全双工 | 单SS线级联 | ≤20 Mbps | > **注**:所有模式下均需共地(GND)[^1][^2] --- ### 相关问题 1. SPI的时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)如何影响数据传输时序? 2. 在菊花链模式下,如何确保数据在不同从机间的正确解析? 3. SPI与I²C协议在物理层设计上有哪些关键差异? 4. 如何通过DMA优化SPI通信的CPU占用率?[^1]
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