电子技术（十四）——SPI

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一、SPI概述


SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。【来源：360百科】  SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。

SDO     – 主设备数据输出，从设备数据输入 对应MOSI master output slave input

SDI      – 主设备数据输入，从设备数据输出  对应MISO master input slave output

SCLK   – 时钟信号，由主设备产生

CS        – 从设备使能信号，由主设备控制

CS: 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

SDI/SDO/SCLK: 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

PS:SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。

PS：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

二、SPI四种工作模式


SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们主设备的通信模式，具体如下：Mode0：CPOL=0，CPHA=0Mode1：CPOL=0，CPHA=1Mode2：CPOL=1，CPHA=0Mode3：CPOL=1，CPHA=1

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿：CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿



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SPI是一种高速全双工同步通信总线，广泛应用于各种芯片之间的数据传输。它以主从方式工作，通常包含一个主设备和多个从设备，仅需四根线即可完成高速数据传输。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟等外设与处理器之间，以及AD转换器和数字信号处理器之间。SPI通信原理基于时钟信号和移位寄存器，通过主设备控制传输过程，实现高速且可靠的数据交换。在实际应用中，SPI总线具有线路简单、通信协议成熟可靠等优点，为嵌入式系统提供了便捷的通信解决方案。

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SPI作为一种串行外设接口，广泛应用于多种设备和模块之间的通信，其同步特性和全双工能力实现了高效的数据传输。SPI接口具有高速、占用资源少的特点，主要适用于EEPROM、FLASH等存储器件及实时时钟、AD转换器等外设的连接。通信以主从模式进行，由一个主设备控制数据传输，同时连接一个或多个从设备。其工作原理基于时钟信号和数据信号的同步，确保数据的正确传输。SPI在节约芯片管脚和PCB布局方面具有显著优势，因此被广泛应用于各类嵌入式系统和电子设备的通信中。