1 簡介

SPI（Serial Peripheral Interface） 是串行外設接口的簡稱，是微控制器（MCU）與外圍設備通信最常見的接口，常見的外圍設備包含ADC/DAC、傳感器以及存儲器等。

2 SPI的特點

• SPI有哪些引腳？

SPI是一種同步全雙工通信方式，我們一般采用四線SPI接口，具體包含以下這些信號：

• 時鐘信號（SPI Clock,SCLK）
• 片選信號（Chip Select,SC）
• 主機輸出，從機輸入（Master Output Slave Inpit，MOSI或DO）
• 主機輸入，從機輸出（Master Inpit Slave Output，MISO或DI）

其中每個PIN腳都有其特定的功能，具體見下：

• SPI信號與I2C信號有哪些差異？

SPI接口與I2C接口有很明顯的不同，具體體現在以下幾個方面：

• SPI時鐘的頻率比I2C時鐘頻率更高。
• SPI采用四線制，I2C采用二線制。
• SPI只能有一個主機，I2C可以有多個主機（總線仲裁機制）。
• SPI信號數據傳輸過程？

SPI通信需要的時鐘由主機（Master）產生，且主機通過片選信號來選擇通信的設備（低電平有效，由主機主動拉低）。SPI能同時進行數據的發送(MOSI)與接收（MISO），且SPI允許用戶靈活選擇時鐘的上升沿/下降沿進行數據的采樣和移位。

3 時鐘極性和時鐘相位

• 什么是時鐘極性(CPOL)和時鐘相位（CPHA）？

在SPI通信中。時鐘極性和時鐘相位是可以由用戶進行設定的。

時鐘極性（CPOL） :決定了時鐘信號在空閑時的狀態（高電平或者低電平）。

時鐘相位（CPHA） :決定了是在上升沿或者下降沿進行采樣和移位。

• 時鐘極性(CPOL)和時鐘相位（CPHA）的圖解

說明：

• 綠色：表示數據傳輸的開始和結束。
• 橙色：表示數據的采樣。
• 藍色：表示數據的移位。
• SPI模式0，CPOL = 0，CPHA = 0：CLK空閑狀態 = 低電平，數據在上升沿采樣，并在下降沿移出。

• SPI模式1，CPOL = 0，CPHA = 1：CLK空閑狀態 = 低電平，數據在下降沿采樣，并在上升沿移出。

• SPI模式2，CPOL = 1，CPHA = 0：CLK空閑狀態 = 高電平，數據在下降沿采樣，并在上升沿移出。

• SPI模式3，CPOL = 1，CPHA = 1：CLK空閑狀態 = 高電平，數據在上升沿采樣，并在下降沿移出。

4 SPI的級聯

多個從機可與單個SPI主機一起使用。從機可以采用常規模式連接，或采用菊花鏈模式連接。

• 常規模式

在常規模式下，主機需要為每個從機提供單獨的片選信號。一旦主機使能（拉低）片選信號，MOSI/MISO線上的時鐘和數據便可用 于所選的從機。如果使能多個片選信號，則MISO線上的數據會被破壞，因為主機無法識別哪個從機正在傳輸數據。從下圖可以看出，隨著從機數量的增加，來自主機的片選線的數量 也增加。這會快速增加主機需要提供的輸入和輸出數量，并限制可以使用的從機數量。可以使用其他技術來增加常規模式下的從機數量，例如使用多路復用器產生片選信號。

• 菊花鏈模式

在菊花鏈模式下，所有從機的片選信號連接在一起，數據從一個從機傳播到下一個從機。在此配置中，所有從機同時接收同一SPI時鐘。來自主機的數據直接送到第一個從機，該從機將數據提供給下一個從機，依此類推。

使用該方法時，由于數據是從一個從機傳播到下一個從機，所以傳輸數據所需的時鐘周期數與菊花鏈中的從機位置成比例。例如在下圖所示的8位系統中，為使第3個從機能夠獲得數據，需要24個時鐘脈沖，而常規SPI模式下只需8個時鐘脈沖。圖8顯示了時鐘周期和通過菊花鏈的數據傳播。并非所有SPI器件都支持菊花鏈模 式。請參閱產品數據手冊以確認菊花鏈是否可用。