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SPI通信模式0更常用的原因

news 2025/10/29 14:04:26

简单直接的答案是：SPI模式0之所以最常用，是因为它在硬件实现上最简单、最直接，这降低了芯片设计复杂度，提高了兼容性，并满足了绝大多数应用场景的需求。

下面我们从几个层面来详细解释为什么模式0会成为“默认”选择。

SPI通信有四个模式，由时钟极性（CPOL， Clock Polarity）和时钟相位（CPHA， Clock Phase）两个参数组合而成：

CPOL：决定SCLK时钟线在空闲时的电平。
- CPOL=0：空闲时SCLK为低电平。
- CPOL=1：空闲时SCLK为高电平。
CPHA：决定数据在第几个时钟边沿被采样。
- CPHA=0：数据在第一个时钟边沿（即第一个跳变沿）被采样。
- CPHA=1：数据在第二个时钟边沿被采样。

由此产生的四种模式：

这是最核心的原因。

逻辑电平的“归零”状态：在数字电路中，低电平（0）通常被视为“复位”或“空闲”状态。让时钟线在空闲时保持低电平，符合大多数逻辑电路的自然状态。上电时，逻辑引脚通常也是低电平，这减少了初始化过程中的不确定性和毛刺。
简单的采样逻辑：在模式0下，主机在SCLK的上升沿对MISO线进行采样，从机在SCLK的上升沿对MOSI线进行采样。这个“上升沿采样”是许多同步数字电路最直接、最基础的操作。从芯片设计的角度看，用时钟上升沿去触发一个锁存器或寄存器，是最标准、最省晶体管的设计。

相比之下：

早期芯片的设定：许多早期、基础且使用广泛的SPI从设备（如EEPROM、ADC、温度传感器等）都默认使用模式0。例如，Microchip（Atmel）的许多EEPROM和TI的许多ADC都默认是模式0。
形成习惯和标准：由于这些关键器件使用了模式0，后续的微控制器（MCU）和芯片制造商也将其作为默认模式。这使得新的工程师在学习SPI时，首先接触的就是模式0，教材和示例代码也大多以模式0为例。久而久之，它就成为了一个“事实上的”工业标准。

对于大多数中低速传感器、存储器、显示屏等外设，通信的时序要求并不极端。模式0提供的稳定性和简单的数据建立/保持时间已经足够。在性能上没有迫切的理由去选择其他更复杂的模式。

虽然模式0最常用，但其他模式的存在绝对有其必要性，主要用于解决特定的时序问题。

模式1和模式3：当数据准备需要更多时间时使用。
- 场景：有些从设备需要从主机的SCLK边沿触发后，花费一些时间来准备数据。如果使用模式0，数据必须在SCLK上升沿之前就准备好（建立时间）。如果从设备来不及，就可以使用模式1或3，这样数据是在第一个SCLK边沿（对于模式1是下降沿，对于模式3是上升沿）之后才被采样，给了从设备额外的半个时钟周期来准备数据。
模式2和模式3：当需要避免电平冲突时使用。
- 场景：在某些多主设备或热插拔（不常见）的场景中，空闲时为高电平（CPOL=1）可以避免总线冲突。因为如果多个设备同时连接到总线，一个输出低电平会强有力地拉低总线，而与输出高电平的设备产生冲突；而如果大家都输出高电平（空闲状态），冲突的风险就小得多。

一个重要的经验法则：
永远以从设备的数据手册为准！ 在开始通信前，必须查阅你所使用的外设芯片的数据手册，确认它要求或支持哪种SPI模式。盲目使用模式0可能会导致通信失败。