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打工人日报#20251113

news 2025/11/14 12:17:59

打工人日报#20251113

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高速、全双工、同步的通信协议，主要用于微控制器（MCU）与各种外设之间进行通信，如 EEPROM、Flash、传感器、ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）等。以下是对 SPI 协议的详细介绍：

物理层

通信线：
主机输出从机输入（MOSI，Master Out Slave In）：主机通过这条线向从机发送数据。
主机输入从机输出（MISO，Master In Slave Out）：从机通过这条线向主机发送数据。
串行时钟（SCK，Serial Clock）：由主机产生，用于同步主机和从机之间的数据传输。每个时钟周期传输一位数据。
从机选择（SS，Slave Select）：也称为片选信号（CS，Chip Select），主机通过拉低对应的从机的 SS 线来选择与之通信的从机。在多从机系统中，每个从机都有自己独立的 SS 线。
设备角色：
主机（Master）：负责发起通信，产生 SCK 信号，并控制 SS 线选择从机，同时通过 MOSI 和 MISO 线与从机进行数据交换。
从机（Slave）：在被主机选中（对应的 SS 线被拉低）后，根据主机提供的 SCK 信号，通过 MOSI 接收主机发送的数据，并通过 MISO 向主机发送数据。

数据传输过程

数据发送：
主机通过控制 SS 线选中要通信的从机。
主机在 SCK 的每个时钟周期，通过 MOSI 线向从机发送一位数据。同时，从机在 SCK 的同步下接收这些数据。
数据接收：
从机在接收到主机发送的数据的同时，也会在每个 SCK 时钟周期通过 MISO 线向主机发送一位数据。主机在接收自己发送的数据的同时，也能接收到从机返回的数据。
传输单位：数据通常以字节（8 位）为单位进行传输，但也可以根据需要进行多位或多字节的连续传输。在多字节传输时，主机和从机按照字节顺序依次发送和接收数据。

时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）

时钟极性（CPOL）：定义了 SCK 在空闲状态下的电平。
CPOL = 0：SCK 在空闲状态下为低电平。
CPOL = 1：SCK 在空闲状态下为高电平。
时钟相位（CPHA）：决定了数据采样的时刻。
CPHA = 0：数据在 SCK 的第一个跳变沿（上升沿或下降沿，取决于 CPOL）被采样。
CPHA = 1：数据在 SCK 的第二个跳变沿被采样。
组合模式：CPOL 和 CPHA 的不同组合形成了 SPI 的四种工作模式：
模式 0（CPOL = 0，CPHA = 0）：SCK 空闲时为低电平，数据在 SCK 的上升沿发送，下降沿接收。
模式 1（CPOL = 0，CPHA = 1）：SCK 空闲时为低电平，数据在 SCK 的下降沿发送，上升沿接收。
模式 2（CPOL = 1，CPHA = 0）：SCK 空闲时为高电平，数据在 SCK 的下降沿发送，上升沿接收。
模式 3（CPOL = 1，CPHA = 1）：SCK 空闲时为高电平，数据在 SCK 的上升沿发送，下降沿接收。
主机和从机必须配置为相同的 SPI 工作模式才能正确通信。

SPI 协议的特点

高速通信：SPI 协议能够支持较高的时钟频率，从而实现快速的数据传输，适用于对数据传输速度要求较高的应用场景。
简单灵活：SPI 协议的硬件接口简单，软件实现相对容易，并且支持多从机通信，具有较高的灵活性。
全双工通信：主机和从机可以同时进行数据的发送和接收，提高了数据传输效率。
SPI 协议在嵌入式系统中应用广泛，为微控制器与各种外设之间的通信提供了一种高效、可靠的方式。