SPI总线协议的基础知识
时间：2024-08-16
SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种用于微控制器和外围设备之间通信的同步串行接口协议。它由Motorola在1980年代初期提出，并被广泛应用于嵌入式系统中。以下是SPI总线协议的基础知识：
SPI总线协议概述
1. 基本组成
SPI总线协议包括四个基本信号线：
MOSI（Master Out Slave In）: 主设备向从设备发送数据的线。
MISO（Master In Slave Out）: 从设备向主设备发送数据的线。
SCK（Serial Clock）: 时钟信号线，由主设备生成，用于同步数据传输。
SS（Slave Select）: 从设备选择线，用于选择具体的从设备进行通信。对于每个从设备，主设备需要一个SS线（有些系统使用CS，即Chip Select，功能相同）。
2. 工作模式
SPI协议支持多种工作模式，通过配置CPOL（Clock Polarity）和CPHA（Clock Phase）来确定数据的采样和时钟的极性：
CPOL（Clock Polarity）: 时钟的极性，决定时钟空闲状态时的电平。CPOL=0时，空闲状态为低电平；CPOL=1时，空闲状态为高电平。
CPHA（Clock Phase）: 时钟的相位，决定数据的采样时机。CPHA=0时，数据在时钟的个边沿采样；CPHA=1时，数据在时钟的第二个边沿采样。
有四种SPI模式：
模式0: CPOL=0, CPHA=0
模式1: CPOL=0, CPHA=1
模式2: CPOL=1, CPHA=0
模式3: CPOL=1, CPHA=1
3. 数据传输
全双工: SPI协议支持全双工数据传输，即主设备和从设备可以同时进行数据发送和接收。
同步: 数据传输由时钟信号SCK同步，确保数据在时钟的边沿正确采样和传输。
4. 通信流程
通信流程通常包括以下步骤：
选择从设备: 主设备通过将SS线拉低来选择具体的从设备。
数据传输: 主设备通过MOSI线发送数据，同时从设备通过MISO线发送数据。数据传输是以字节为单位进行的，每个字节的数据位由时钟信号SCK进行同步。
结束通信: 主设备将SS线拉高，停止与从设备的通信。
5. 数据格式
数据位长度: 通常为8位，但也可以配置为其他长度（如16位）。
时钟极性和相位: 由配置决定，影响数据的传输方式。
6. 优缺点
优点:
速度快: SPI通信速度较快，通常比I?C和UART快。
简单: 协议简单，实现相对容易。
全双工: 支持同时发送和接收数据。
缺点:
线缆数量多: 每个从设备需要一个独立的SS线，这在设备较多时可能导致线缆复杂。
没有统一的标准: 不同设备之间的SPI模式可能不同，需要确保主设备和从设备的配置一致。
7. 应用
SPI总线协议广泛应用于各种电子设备中，包括：
微控制器和外设通信: 例如，传感器、EEPROM、LCD显示屏等。
数据存储: 如闪存和SD卡。
通信接口: 如无线模块、音频编解码器等。
