本文为大家介绍 SPI 通信协议的基础知识。

前言

---

一、SPI协议的概念

​ SPI(Serial Peripheral Interface)协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议，即串行外围设备接口，是一种 高速全双工的通信总线。采用主从模式架构，支持多从机模式应用。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行 方式进行通信以交换信息。

SPI总线可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件相连，包括FLASH、 RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。

二、SPI总线架构

​ SPI 协议通常使用四根信号线进行通信，分别是SCK，MOSI，MISO，CS。但是，在特定情况下只使用三根信号线，这被称为“三线SPI”或“3线SPI”。在这种配置下，SS信号线被省略，通常是因为只有一个从设备需要与主设备通信。

SPI信号线 :

• SCK（Serial Clock）：时钟信号线，由主设备产生，用于同步数据传输。

• MOSI（Master Output Slave Input）：主设备输出，从设备输入的数据线。

• MISO（Master Input Slave Output）：主设备输入，从设备输出的数据线。

• CS（Slave Select）：从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、 CS，以下用 NSS 表示。当有多个 SPI 从设 备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，而每个从设备都有独立的这一条 CS 信号线， 本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。
  

三线 SPI ，单主机单从机：

三、SPI通讯时序

1. 起始，停止 信号

起始信号：
在图中的标号 1 处，NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。 NSS 是每个从机各自独占的信 号线，当从机检在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。

停止信号：
在图中的标号 6 处，NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号。表示本次通讯结束，从机的选中状态被取。

2.CPOL（时钟极性）/CPHA（时钟相位）

​ SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区 别是：总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。为方便说明，在此引入“时钟极性CPOL”和 “时钟相位 CPHA”的概念。

• 时钟极性 CPOL ：是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时， SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始 前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。 CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。

• 时钟相位 CPHA ：是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时， MOSI 或 MISO 数据线上的信号将 会在 SCK 时钟线的“奇数边沿” 被采样。当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数边沿” 采样。

四， I2C 总线 和SPI 总线比较

相同点：

• 串行通信：
  I2C 和 SPI 都是串行通信协议，允许在数字设备之间以串行方式传输数据。

• 同步通信：
  I2C 和 SPI 都是同步通信协议，需要时钟信号来同步数据传输。

• 主从结构：
  两种协议都支持主从结构，主设备控制通信并提供时钟信号，而从设备响应并提供数据。

• 多设备支持：
  .两种总线都支持连接多个设备，尽管 SPI 通常更适合连接较少数量的设备。

不同点：

• 线数：
  I2C 使用两根线（数据线 SDA 和时钟线 SCL），而 SPI 通常使用四根线（MOSI、MISO、时钟和片选）。

• 速度：
  通常情况下，SPI 比 I2C 更快，因为 SPI 通常可以使用更高的时钟频率。

• 传输方式：
  .I2C 使用两根线共享数据和时钟信号，而 SPI 使用分开的数据和时钟线，使得 SPI 可以实现全双工通信。

• 片选机制：
  在 SPI 中，片选信号由主设备控制，并用于选择与之通信的从设备。而在 I2C 中，地址机制用于选择从设备。

• 硬件复杂性：
  由于 SPI 使用更多的线路和片选机制，它通常比 I2C 在硬件上更复杂，需要更多的引脚和硬件支持。

• 应用场景：
  由于 SPI 速度更快、更适合高速数据传输，因此通常用于连接高速外围设备，如存储器、传感器等。而 I2C 通常用于连接低速外围设备，如温度传感器、EEPROM 等。

---

总结

下一篇文章为大家介绍 串口 UART 通信协议。