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1 简介

SPI（Serial Peripheral Interface） 是串行外设接口的简称，是微控制器（MCU）与外围设备通信最常见的接口，常见的外围设备包含ADC/DAC、传感器以及存储器等。

2 SPI的特点

SPI有哪些引脚？

SPI是一种同步全双工通信方式，我们一般采用四线SPI接口，具体包含以下这些信号：

时钟信号（SPI Clock,SCLK）
片选信号（Chip Select,SC）
主机输出，从机输入（Master Output Slave Inpit，MOSI或DO）
主机输入，从机输出（Master Inpit Slave Output，MISO或DI）

其中每个PIN脚都有其特定的功能，具体见下：

信号名称	功能描述
时钟信号CLK	主机用于产生时钟信号，主机和从机之间的数据同步。
片选信号CS	用于选择从机，常低电平有效。
数据信号（MISO）	从机将数据发送给主机。
数据信号（MOSI）	主机将数据发送给从机。

SPI信号与I2C信号有哪些差异？

SPI接口与I2C接口有很明显的不同，具体体现在以下几个方面：

SPI时钟的频率比I2C时钟频率更高。
SPI采用四线制，I2C采用二线制。
SPI只能有一个主机，I2C可以有多个主机（总线仲裁机制）。
SPI信号数据传输过程？

SPI通信需要的时钟由主机（Master）产生，且主机通过片选信号来选择通信的设备（低电平有效，由主机主动拉低）。SPI能同时进行数据的发送(MOSI)与接收（MISO），且SPI允许用户灵活选择时钟的上升沿/下降沿进行数据的采样和移位。

3 时钟极性和时钟相位

什么是时钟极性(CPOL)和时钟相位（CPHA）？

在SPI通信中。时钟极性和时钟相位是可以由用户进行设定的。

时钟极性（CPOL） :决定了时钟信号在空闲时的状态（高电平或者低电平）。

时钟相位（CPHA） :决定了是在上升沿或者下降沿进行采样和移位。

SPI	CPOL	COHA	时钟极性（空闲）	时间（采样/移位）
0	0	0	低电平	上升沿采样、下降沿移出
1	0	1	低电平	下升沿采样、上降沿移出
2	1	1	高电平	下升沿采样、上降沿移出
3	1	0	高电平	上升沿采样、下降沿移出

时钟极性(CPOL)和时钟相位（CPHA）的图解

说明：

绿色：表示数据传输的开始和结束。
橙色：表示数据的采样。
蓝色：表示数据的移位。
SPI模式0，CPOL = 0，CPHA = 0：CLK空闲状态 = 低电平，数据在上升沿采样，并在下降沿移出。

SPI模式1，CPOL = 0，CPHA = 1：CLK空闲状态 = 低电平，数据在下降沿采样，并在上升沿移出。

SPI模式2，CPOL = 1，CPHA = 0：CLK空闲状态 = 高电平，数据在下降沿采样，并在上升沿移出。

SPI模式3，CPOL = 1，CPHA = 1：CLK空闲状态 = 高电平，数据在上升沿采样，并在下降沿移出。

4 SPI的级联

多个从机可与单个SPI主机一起使用。从机可以采用常规模式连接，或采用菊花链模式连接。

常规模式

在常规模式下，主机需要为每个从机提供单独的片选信号。一旦主机使能（拉低）片选信号，MOSI/MISO线上的时钟和数据便可用于所选的从机。如果使能多个片选信号，则MISO线上的数据会被破坏，因为主机无法识别哪个从机正在传输数据。从下图可以看出，随着从机数量的增加，来自主机的片选线的数量也增加。这会快速增加主机需要提供的输入和输出数量，并限制可以使用的从机数量。可以使用其他威廉希尔官方网站来增加常规模式下的从机数量，例如使用多路复用器产生片选信号。

菊花链模式

在菊花链模式下，所有从机的片选信号连接在一起，数据从一个从机传播到下一个从机。在此配置中，所有从机同时接收同一SPI时钟。来自主机的数据直接送到第一个从机，该从机将数据提供给下一个从机，依此类推。

使用该方法时，由于数据是从一个从机传播到下一个从机，所以传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成比例。例如在下图所示的8位系统中，为使第3个从机能够获得数据，需要24个时钟脉冲，而常规SPI模式下只需8个时钟脉冲。图8显示了时钟周期和通过菊花链的数据传播。并非所有SPI器件都支持菊花链模式。请参阅产品数据手册以确认菊花链是否可用。