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news 2025/7/8 23:32:13

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SPI通信协议

• SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线

• 四根通信线：

SCLK:串行时钟线，用来提供时钟信号的。

MOSI:主机输出，从机输入

MISO:从机输出，主机输入

SS:从机选择

• 同步，全双工

• 支持总线挂载多设备（一主多从）

使用SPI通信的设备，如下图所示

硬件电路

1、所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

•2、主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

主机的SS线都是输出，从机的SS线都是输入。SS线是低电平有效的，主机想跟谁通信，就把对应的SS输出线置为低电平就可以了。（比如，主机初始化之后，所以的SS都输出高电平，这样就是不跟从机通信。当主机需要和从机1进行通信，主机就把SS1输出低电平就可以了。从机1就知道主机再找我，然后主机在数据引脚进行的传输，就只有从机会响应。当主机和从机1通信完成后，就会把SS1置为高电平，这样从机1就知道，主机结束了和我通信。）

同一时间，主机只能置1个SS为低电平，只能选中一个从机。如果同时选择多个从机，就会导致数据冲突。

3、输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

推挽输出：高低电平均有很强的驱动能力，这将使得SPI引脚信号的下降沿，非常迅速；上升沿，也非常迅速。

移位示意图

移位寄存器：有一个时钟输入端。因为SPI一般都是高位先行的，所以，每来一个时钟，移位寄存器都会向左进行移位。

移位寄存器时钟源：是由主机提供的，这里叫波特率发生器。它产生的时钟驱动主机的移位寄存器进行移位。同时，这个时钟也通过SCK引脚进行输出，接到从机的移位寄存器。

移位寄存器接法：主机移位寄存器左边移出去的数据，通过MOSI引脚，输入到从机移位寄存器的有右边。从机左边移出去的数据，通过MISO引脚，输入到主机移位寄存器的右边。

SPI时序基本单元

起始条件

起始条件：SS从高电平切换到低电平

SS是低电平有效，SS从高变到低，是不是就代表选中了某个从机，这就是通信的开始。

终止条件

终止条件：SS从低电平切换到高电平

交换一个字节

1、四种模式

2、模式1

• CPOL（时钟极性）=0：空闲状态时，SCK为低电平

• CPHA（时钟相位）=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

SCK在第一个边沿就要移入数据，但数据总得先移出，才能移入。所以在模式1的配置下，SCK第一个边沿之前，就要提前开始移出数据了，或者把它称作在第0个边沿移出，在第一个边沿移入。首先，SS下降沿开始通信，现在SCK还没有变化，但是SCK一旦开始变化，就要开始移入数据了。所以此时趁SCK还没变化，SS下降沿时，就要立刻触发移位输出。所以这里的MOSI和MISO的输出是对齐到SS的下降沿，SS下降沿触发了输出，SCK上升沿，就可以采样输入数据了，这样B7就传输完毕。依次循环，SCK下降沿，主机和从机移出数据；SCK上升沿，移入数据。最终在第8个上升沿时，B0位移入完成，整个字节交换完成。

3、模式2

• CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

• CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SCK第一个边沿，就是上升沿。主机和从机同时移出数据，主机通过MOSI移出最高位，此时MOSI的电平就表示了主机要发送数据的B7。从机通过MISO移出最高位，此时MISO表示从机要发送数据的B7。然后时钟运行，产生下降沿，此时主机和从机同时移入数据，也就是进行数据采样。这里主机移出的B7，进入从机移位寄存器的最低位。从机移出的B7，进入主机移位寄存器的最低位。这样，一个时钟脉冲产生完毕，一个数据位传输完毕。依次循环8次，完成一个字节的传输。如果主机只想交换一个字节，那这时就可以置SS为高电平，结束通信。如果主机还想继续交换字节，主机就不必把SS置回高电平。