SPI總線學習：連接的方式和SPI傳輸模式

1，SPI總線概述

SPI，是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。串行外設接口總線(SPI)，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現在越來越多的芯片集成了這種通信協議。

SPI系統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件接口，它只需4條線：串行時鐘線(SCK)、主機輸入/從機輸出數據線(MISO)、主機輸出/從機輸入數據線(MOSI)和低電平有效的從機選擇線(NSS)。

(1)MISO：主設備輸入/從設備輸出引腳。該引腳在從模式下發送數據，在主模式下接收數據。

(2)MOSI：主設備輸出/從設備輸入引腳。該引腳在主模式下發送數據，在從模式下接收數據。

(3)SCK：串口時鐘，作為主設備的輸出，從設備的輸入。

(4)NSS：從設備選擇。這是一個可選的引腳，用來選擇主/從設備。它的功能是用來作為片選引腳，讓主設備可以單獨地與特定從設備通信，避免數據線上的沖突。

SPI是一個環形總線結構，由NSS、SCK、MISO、MOSI構成，NSS引腳設置為輸入，MOSI引腳相互連接，MISO引腳相互連接，數據在主和從之間串行地傳輸(MSB位在前)。

二、信號端口解析：

片選信號CS：當CS信號為低時，spi傳輸開始；cs信號為高時，則為空閑狀態。

時鐘信號SCK：

MOSI信號：M代表主機、O代表輸出，S代表從機、I代表輸入，即主機輸從機輸入，數據的流向是從主機到從機，數據單位bit。也稱之為 SDO，S是SPI，D是data，O是output

MISO信號：M代表主機、I代表輸入、S代表從機、O代表輸出、即主機輸入從機輸出，數據的流向是從從機到主機，數據單位bit。也稱之為 SDI，S是SPI，D是data，O是input

三、連接的方式

下圖是一個主機一個從機的連接方式：

下圖是一個主機多個從機的連接方式：

一主多從，一個主機控制多個從機。注意不允許多個主機控制一個從機。

4，SPI傳輸模式

通過設置控制寄存器SPICR1中的CPOL（時鐘極性）和CPHA（時鐘相位），將SPI可以分成四種傳輸模式。

CPOL，即Clock Polarity，決定時鐘空閑時的電平為高或低。對于SPI數據傳輸格式沒有顯著影響。

1 = 時鐘低電平時有效，空閑時為高?

0 = 時鐘高電平時有效，空閑時為低?

CPHA，即Clock Phase，定義SPI數據傳輸的兩種基本模式。

1 = 數據采樣發生在時鐘（SCK）偶數（2,4,6,...,16）邊沿（包括上下邊沿）

0 = 數據采樣發生在時鐘（SCK）奇數（1,3,5,...,15）邊沿（包括上下邊沿）

四種模式如下圖所示：

先看第一列兩張圖（CPHA = 0），采樣發生在第一個時鐘跳變沿，即數據采樣發生在SCK奇數邊沿；

再看第二列（CPHA =1），采樣發生在第二個時鐘跳變沿，即數據采樣發生在SCK偶數邊沿。

第一行兩張圖（CPOL = 0），SCK空閑狀態為低電平，

第二行兩張圖（CPOL = 1），SCK空閑狀態為高電平。

主從設備進行SPI通訊時，要確保它們的傳輸模式設置相同。對于某些場合，可能需要調整CPOL/CPHA設置以滿足設備特定要求。

審核編輯：黃飛

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