解析SPI接口原理与应用

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SPI（SerialPeripheral Interface）串行外设接口是一种常用的通信协议，广泛应用于各类嵌入式系统和微控制器中。它以简单、高效和灵活的特点，为设备之间提供快速可靠的数据传输方式。本文将深入探讨SPI接口的原理、工作方式以及在各种应用中的应用场景。

简介

SPI：Serial Peripheral Interface，是串行外设接口。

SPI是由摩托罗拉于 1985 年前后开发，是一种适用于短距离、设备到设备通信的同步串行接口。从那时起，这种接口就已成为许多半导体制造商，特别是微控制器（MCU）和微处理器（MPU）采用的事实标准。02【SPI接口】

SPI总线是一种4线总线，通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以。

MOSI：Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入；MISO：Master InputSlave Output，主设备数据输入，从设备数据输出；SCLK：Serial Clock，时钟信号，由主设备产生；SS：Slave Select，从设备选择信号，由主设备控制；

上面的SS信号，也可以理解为CS信号，一般是低电平有效，所以也是NSS（非）信号；CS：Chip Select，片选信号（从设备使能/选择信号），由主设备控制；一主一从最基本的SPI通信就是一主一从，比如：一个STM32作为主机，一个W25Q16（SPIFlash）作为从机。还有两个MCU之间进行SPI通信等。

上图例子是主机发送一个字节数据（0x53），从机应答一个字节数据（0x46）。一主多从SPI可以一主一从（一个主机，一个从机），但也可以一主多从。一主多从常见有两种连接方式。A.常规通常，每个从机都需要一条单独的SS线，要与指定的从机通信，将该从机的SS线设为低电平，并将其余的保持为高电平即可。

B.一条SS信号某些应用只需要一条NSS即可（比如：移位寄存器），对于这种布局，数据从一个从设备移位到另一个从设备。

SPI数据传输

SPI的通信比较简单，一个时钟传输一位数据（主机 -> 从机，或者从机 -> 主机）。

SPI时钟理论上SPI的时钟频率可以做到很大，一般几MHz~几百MHz，拿常见的W25Q16来说，SPI最高支持80MHzSPI通信速率要结合实际情况，不能超过主机或从机支持的最大时钟频率。SPI数据SPI的数据分两个方向：MOSI：主机 -> 从机MISO：从机 -> 主机SPI通信有一个“缺点”：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。可以理解为：不知道是什么时候主机发给从机，什么时候从机发给主机，到底该发多少字节数据等。此时，需要通信的主机和从机达成约定，一般由主机进行控制读写的操作。比如下面这个读写SPI Flash数据的操作：

前面1字节是指令，紧接着再3字节（24位）地址，都是由主机发送给从机。之后，主机读取数据（由从机发送出来）。时钟极性和相位除了设置时钟频率外，主机还必须配置与数据有关的时钟极性和相位。

CPOL确定时钟的极性，极性可以通过简单的逆变器进行转换。CPHA确定相对于时钟脉冲的数据位的时序（即相位）。一般集成有SPI外设的处理器，都有SPI相关的配置寄存器，拿STM32来说，参考手册里面有详细介绍SPI配置的信息。

SPI接口作为一种重要的通信标准，在各类嵌入式系统和微控制器中发挥着关键作用。通过了解SPI接口的原理和工作方式，我们可以更好地应用它来实现设备之间的高速、可靠的数据传输。随着技术的不断进步，SPI接口的应用场景将更加多样化和广泛化。无论是在传感器网络、存储器芯片还是其他各种外围设备中，SPI接口都将继续发挥其独特的优势，推动嵌入式系统的发展和创新。

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