SPI时钟极性、时钟相位及片选

本文详细介绍了SPI协议的工作原理,包括其4线全双工串口特性,以及由时钟极性SCPOL和时钟相位SCPH决定的不同工作模式。文中还提供了四种不同组合的SPI时序图。

SPI协议是一个 4 线、全双工的串口协议。根据串口时钟SCLK的相位SCPH和极性SCPOL的不同,有 4 种组合。

1、在主设备处于不使能或者空闲的状态下,主设备输出的从设备选择信号CS保持高电平。


2、时钟极性SCPOL参数决定串口时钟SCLK 在无效的状态下是高电平还是低电平:

      (1)SCPOL=0,串口时钟(sclk)在无效的状态下保持低电平。

      (2)SCPOL=1,串口时钟( sclk)在无效的状态下保持高电平。


3、时钟相位SCPH参数决定在第几个时钟变化边沿开始采样数据:

     (1) SCPH=0时在第一个时钟变化沿开始发送数据。

     (2) SCPH=1时在第二个时钟变化沿采样输入数据。


4、SPI 协议时序图

图 1 是 SCPOL=0,SCPH=0 的 SPI 协议时序图。
图 2 是 SCPOL=0,SCPH=1  的 SPI 协议时序图。
图 3 是 SCPOL=1,SCPH=0  的 SPI 协议时序图。
图 4 是 SCPOL=1,SCPH=1  的 SPI 协议时序图。
图中 CS、 SCLK 对于主设备 SPI 为输出; spi_tx 为输出, spi_rx 为输入。

                                                            图1

                                                            图2

                                                             图3

                                                     图4

### SPI通信中时钟极性时钟相位的设置与作用 #### 时钟极性(CPOL) 时钟极性决定了SPI总线在空闲状态下的时钟线电平。具体来说: - 当 **CPOL=0** 时,空闲时钟为低电平,数据传输从上升沿开始[^4]。 - 当 **CPOL=1** 时,空闲时钟为高电平,数据传输从下降沿开始[^4]。 #### 时钟相位(CPHA) 时钟相位定义了数据采样的时刻,即是在时钟的第一个边沿还是第二个边沿进行采样。具体描述如下: - 当 **CPHA=0** 时,数据时钟的第一个跳变沿被采样。 - 当 **CPHA=1** 时,数据时钟的第二个跳变沿被采样[^4]。 #### 四种工作模式 根据CPOL和CPHA的不同组合,SPI定义了四种标准工作模式: 1. **模式0(CPOL=0, CPHA=0)** - 空闲时:时钟线为低电平。 - 数据采样:第一个跳变沿(上升沿)。 - 效果图:数据在第一个上升沿采样,随后在下降沿更新下一位。 2. **模式1(CPOL=0, CPHA=1)** - 空闲时:时钟线为低电平。 - 数据采样:第二个跳变沿(下降沿)。 - 效果图:第一个跳变沿用于准备数据,第二个跳变沿(下降沿)用于采样[^4]。 3. **模式2(CPOL=1, CPHA=0)** - 空闲时:时钟线为高电平。 - 数据采样:第一个跳变沿(下降沿)。 - 效果图:数据在第一个下降沿采样,在下一个上升沿准备下一位。 4. **模式3(CPOL=1, CPHA=1)** - 空闲时:时钟线为高电平。 - 数据采样:第二个跳变沿(上升沿)。 - 效果图:第一个跳变沿准备数据,第二个跳变沿(上升沿)采样数据。 #### 示例代码 以下是一个配置SPI时钟极性相位的示例代码(以LPSPI为例): ```c typedef enum { LPSPI_ACTIVE_HIGH = 1U, /*!< Signal is Active High (idles low). */ LPSPI_ACTIVE_LOW = 0U /*!< Signal is Active Low (idles high). */ } lpspi_signal_polarity_t; void configure_spi(lpspi_signal_polarity_t cpol, uint8_t cpha) { if (cpol == LPSPI_ACTIVE_HIGH) { // 配置时钟极性为低电平时空闲 } else { // 配置时钟极性为高电平时空闲 } if (cpha == 0) { // 配置数据在第一个跳变沿采样 } else { // 配置数据在第二个跳变沿采样 } } ``` ### 总结 SPI通信中的时钟极性时钟相位是两个关键参数,它们共同决定了数据的采样时刻和时钟信号的行为。通过合理配置CPOL和CPHA,可以实现不同的SPI工作模式,从而满足各种设备间的通信需求[^4]。
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