學習內容：

學習SPI協議記錄

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學習清單：

提示：這里可以添加要學的內容

例如：

SPI協議的介紹

三根線還是四根線

兩個概念四種模式

SPI時序圖

SPI優缺點

SPI和IIC的對比

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學習詳細內容：

1.SPI協議的介紹

SPI是串口外設接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且只占用四根線，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，越來越多的芯片集成了這種通信協議。

2.三根線還是四根線

SPI一般都是默認4線制Motorola SPI協議，即有四根線，分別是：SCLK、MOSI、MISO和CS共4根數據線，標準4線制的好處是可以實現數據的全雙工傳輸，當只有一個主機和一個從設備時，只需要一個CS、多個從機需要多個CS。（CS片選信號有的也叫做ＳＳ線），多從機模式，通常每個從機需要一條單獨的SS線，如下圖所示：

CS是chip select，即從設備使能信號，由主設備控制。當總線上有多個從設備時，主設備如果需要和某個從設備通信，就將該設備的片選引腳拉低使能。

即通過指定使能NSS，就能與對應的從機進行通信。

以上圖中的４根線分別是：

• SCLK：Synchronous　CLock，同步時鐘信號，時鐘頻率即SPI速率，和SPI模式有關
• MOSI：Master output slave input,主設備數據輸出，從設備數據輸入
• MISO：Master input slave output，主設備數據輸入，從設備數據輸出
• CS：chip select，從機設備選擇，低電平有效

3線制SPI，根據不同的應用場景，主要有以下2中類型：

• 只有3根線：SCLK，MOSI和CS，沒有MISO數據線，適用于單工通訊，主機只發送或只接收從機的數據
• 只有3根線：SCLK，SDIO和CS，這里的SDIO作為雙向端口，適用于半雙工通訊，比如ADI的多款ADC芯片都支持雙向傳輸。

3.兩個概念四種模式

既然是要進行數據的傳輸，雙方就要明確從機在什么時刻去采樣主機發出的數據，主機在什么時刻去讀取從機發來的數據。
CPOL（Clock Polarity）時鐘的極性，規約了SPI總線在空閑時，時鐘信號是高電平還是低電平；

• CPOL=0 表示時鐘空閑時為低電平
• CPOL=1 表示時鐘空閑時為高電平

CPHA（Clock Phase）時鐘的相位，規約SPI設備是在時鐘上升沿還是下降沿觸發數據采樣。

• CPHA=0 表示數據在SCLK時鐘上升沿被采樣，在SCLK時鐘下降沿切換（有的說法叫“在時鐘信號SCLK的第一個跳變沿采樣”）
• CPHA＝１表示數據在SCLK時鐘下降沿被采樣，在SCLK時鐘上升沿切換（有的說法叫“在時鐘信號SCLK的第二個跳變沿采樣”）

時鐘極性和時鐘相位的不同組合，所以有了SPI總線傳輸的4種模式

模式1：CPOL＝０，CPHA＝０

模式１的示例圖：即時鐘空閑時為低電平，在時鐘的上升沿被采樣，下降沿切換

模式２：CPOL＝０，CPHA＝１
模式３：CPOL＝１，CPHA＝０
模式４：CPOL＝１，CPHA＝１

其余三個模式也是同理

４．SPI時序圖

當以模式１為工作模式時：

先是將CS片選信號拉低，選中要通信的從設備，然后通過MOSI和MISO這兩根數據線進行通信，MOSI數據線發出了０ｘＤ２這個數據給從設備，同時從設備也通過MISO線給主設備返回了０ｘ６６這個數據。由于SPI是全雙工的，所以讀寫時序可以一起完成。

５．SPI的優缺點

SPI的優勢

• 全雙工串行通信
• 高速數據傳輸速率
• 簡單的軟件配置
• 及其靈活的數據傳輸，不限于８位，它可以是任意大小的字
• 非常簡單的硬件結構，從站不需要唯一地址（與IIC不同），從機使用主機時鐘，不需要精密時鐘振蕩器／晶振（與UART不同），不需要收發器（與ＣＡＮ不同）

SPI的缺點

• 沒有硬件從機應答信號（主機可能在不知情的情況下無處發送）
• 通常僅支持一個主設備
• 需要更多的引腳（與IIC不同）
• 沒有定義硬件級別的錯誤檢查協議
• 與RS－232與CAN總線相比，只能支持非常短的距離

６．SPI和IIC的對比

• SPI是全雙工，而IIC是半雙工
• IIC支持多主機多從機，SPI只能有一個主機
• 從GPIO占用上來看，IIC占用更少的GPIO，更節省資源
• SPI的數據位寬更靈活，可以根據需要選擇多位數數據寬度
• SPI協議沒有響應機制，主機無法得知從機是否接收到所發的數據，如果不采用一些方法的話可能會導致數據丟幀
• 正是因為沒有復雜的響應機制，SPI協議可以做到非常高的速率，每一個SCLK都可以進行數據的傳輸，通過引入CRC校驗等校驗方法，可以即高速傳輸數據，又能保持數據的準確度。
• IIC通過期間地址來選擇從機，從機數量的增加不會導致GPIO的增加，而SPI通過ＣＳ片選信號選擇從機，每增加一個從機就要多占用一個GPIO，當然也可以通過加入譯碼器來實現多從機控制
• 兩者大多數都應用與板內器件短距離通訊

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學習資料：

參考資料１
參考資料２
參考資料３

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SPI协议的介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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