SPI总线组成及其工作原理

SPI总线组成及其工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信总线，常用于连接微控制器与外部设备，如传感器、存储器、外设等。

SPI总线由四条信号线组成，包括SCLK（串行时钟线），MOSI（主设备输出从设备输入线），MISO（主设备输入从设备输出线）和SS（片选信号线）。

以下将详细介绍SPI总线的工作原理和其组成部分。

SPI总线采用主从架构，由一个主设备（如微控制器）和一个或多个从设备（如传感器、存储器等）组成。

主设备通过SCLK产生时钟信号来驱动整个通信过程。

主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线传输数据给主设备。

每个从设备都有一个片选信号线（SS），用于使能该从设备。

当主设备需要与一些从设备通信时，将对应的片选信号线拉低，使该从设备处于选中状态。

1.SCLK（串行时钟线）：SCLK是SPI通信中的时钟信号，由主设备通过该线产生并驱动。

SCLK信号的频率可以由主设备控制，通常可以在MHz级别。

SCLK的上升沿和下降沿都用于同步数据传输。

数据在SCLK的上升沿或下降沿的边沿进行读写操作。

2.MOSI（主设备输出从设备输入线）：MOSI是主设备输出从设备输入的数据线。

主设备通过MOSI将数据传输给从设备。

数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被写入。

3.MISO（主设备输入从设备输出线）：MISO是主设备输入从设备输出的数据线。

从设备通过MISO将数据传输给主设备。

数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被读取。

4.SS（片选信号线）：每个从设备都有一个对应的SS信号线。

当主设备需要与一些从设备通信时，将该从设备的SS信号线拉低，使该从设备处于选中状态。

当通信结束后，SS信号线会被拉高，表示该从设备不再被选中。

1.主设备通过控制SS信号线，选中一些从设备开始通信。

2.主设备通过SCLK产生时钟信号，并通过MOSI线发送数据给从设备。

3.从设备在SCLK的上升沿或下降沿将数据写入MISO线，传输给主设备。

spi原理SPI原理。

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行数据总线，它是一种用于连接微控制器和外围设备的通信协议。

SPI总线由四根线构成，分别是时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）和片选线（SS）。

SPI总线可以实现全双工通信，同时可以连接多个从设备，因此在嵌入式系统中得到广泛应用。

SPI总线的工作原理如下，首先，主设备通过片选线选中需要通信的从设备，然后通过SCLK线提供时钟信号，将数据按位发送到从设备的MOSI线，同时从设备将数据按位发送到主设备的MISO线。

在数据传输过程中，主设备和从设备的时钟必须同步，这样才能正确地进行数据传输。

在数据传输结束后，主设备通过片选线取消对从设备的选择，从而完成一次通信过程。

SPI总线的工作原理非常简单，但是它具有以下几个特点：1.高速传输，SPI总线可以实现高速的数据传输，因为它是同步传输，时钟信号的频率可以达到几十兆赫，甚至更高。

这使得SPI总线非常适合需要高速数据传输的应用场景，比如存储器接口、显示设备接口等。

2.全双工通信，SPI总线可以实现全双工通信，主设备和从设备可以同时进行数据的发送和接收，这样可以大大提高通信效率。

而且，SPI总线可以连接多个从设备，主设备可以通过片选线选择需要通信的从设备，从而实现多个从设备之间的通信。

3.简单灵活，SPI总线的硬件连接非常简单，只需要四根线就可以实现通信，而且SPI总线的通信协议也非常简单。

这使得SPI总线非常适合在资源有限的嵌入式系统中使用。

在实际的应用中，为了提高SPI总线的稳定性和可靠性，通常会在硬件上添加一些额外的电路，比如加上电平转换器、添加阻抗匹配电路等。

而在软件上，通常会使用专门的SPI驱动程序来控制SPI总线的通信，以便更加方便地使用SPI总线进行数据传输。

总的来说，SPI总线是一种非常简单、灵活、高效的通信协议，它在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

spi工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信接口，用于在芯片之间传输数据。

它由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备控制通信的时钟信号，并发送和接收
数据。

SPI工作原理如下：
1. 时钟信号同步：SPI使用时钟信号将主设备和从设备保持同步。

主设备产生时钟信号，从设备根据时钟信号进行数据传输。

2. 主从选择：主设备通过选择特定的从设备使其处于工作模式。

可以通过片选引脚（Slave Select，SS）来选择从设备。

3. 数据传输：主设备发送一个数据位到从设备，从设备接收并响应主设备发送的数据位。

数据在时钟的上升沿或下降沿进行传输。

4. 数据帧：SPI通信以数据帧为基本传输单位。

数据帧由一个
数据位和可能的附加控制位组成。

数据位可以是单向的（只能由主设备发送）或双向的（主从设备都可以发送和接收）。

5. 传输模式：SPI支持多种传输模式，如CPOL（Clock Polarity）和CPHA（Clock Phase）。

CPOL决定时钟信号在空
闲状态时的电平，CPHA决定数据采样的时机。

6. 传输速率：SPI的传输速率由时钟信号的频率决定。

一般来说，SPI的传输速率比较高，可以达到几十兆赫兹甚至上百兆
赫兹。

需要注意的是，SPI是一种点对点的通信接口，每次传输只能有一个主设备和一个从设备进行通信。

如果需要与多个设备进行通信，需要使用多个SPI接口或者使用其他的通信协议。

SPI总线
综述：SPI(Serial Peripheral interface)：高速同步串行口。

是一种标准的四线同步
双向串行总线。

Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间。

SPI 接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

速率：目前应用中的数据速率可达几Mbps。

通信原理：SPI接口共有4根线：设备选择线SS、时钟线SCLK、串行输出
数据线MISO、传行输入数据线MOSI。

SPI由主机的片选信号SS以低电平选中从机，通过主机控制时钟SCLK同步传输数据。

扩展时只要增加主机的片选信号线如图2所示。

图2
下图为SPI结构图，通过移位寄存器左移输出数据，右移输入数据。

SPI的时序模式：由时钟极性选择位CPOL和时钟相位选择位控制CPHA。

CPOL用于选择空闲状态电平，CPHA选择数据接收端的采样时刻。

具体时序如图3。

图3
SPI接口必须根据具体情况设置匹配的传续时序模式，时序只有匹配，数据传输才能正常进行，如果设置的不匹配，可能导致数据接收方和发送方在同一时钟沿作用，导致数据传输失败。

I2CVSSPI。

spi通信原理SPI（串行外围接口，Serial Peripheral Interface）是一种常见的半双工、同步串行通信总线接口（bus interface）。

它由一个正极性信号线（CS，Chip Select），一个时钟信号线（SCK，Serial Clock），一个向下发出数据线（MOSI，Master Out-Slave In）和一个向上接收数据线（MISO，Master In-Slave Out）构成，可用于微分模式或模拟模式通信，且具有较高的数据传输率和节点连线数，是一种主从（Master-Slave）式的串行数据传输标准。

一、SPI通信原理1、工作模式SPI接口通信模式有三种，分别是主模式（Master Mode）、从模式（Slave Mode）和双向模式（Bi-directional Mode），根据两个彼此连接的电路是主端还是从端，其工作模式就可以分别确定。

（1）主模式主模式有总线的控制权，它是总线的主导者，其发送时钟信号控制总线，由它读取从模式器件入端口的字节数据或者写入数据到从模式器件出端口，它一般兼顾发送和接收两种操作，并且在发送和接收都有数据缓存能力；（2）从模式从模式段缺少时钟和控制信号，从模式由主模式发送的时钟信号控制总线，从模式只能够等待主模式的唤醒，接收到主模式发来的时钟脉冲，才能工作；数据传输中，从模式由主模式发来的数据控制信号中控制自身的行为，从模式接收到数据，可能直接或间接地存储在从模式自身的缓冲位；（3）双向模式双向模式下，两电路当守护者和执行者双重角色，类似主模式，双向模式的总线可以实现双向同时收发数据功能，这也是SPI最重要的一个特点之一；2、信号线（1）CS： Chip Select，片选信号，由主机向从机发送，表示仪器的开始和结束信号；（2）SCK： Serial Clock，系统时钟信号，由主机向从机发送，控制数据的传输；（3）MOSI： Master Out Slave In，主机输出从机输入，由主机向从机发送；（4）MISO： Master In Slave Out，主机输入从机输出，由从机向主机发送；3、总线收发：1）主机向外设发送起始信号CS并向外设发出一个脉冲，外设将收到控制信号，从而开始读写操作；2）主机向外设发送时钟信号SCK，外设收到时钟信号后，可以进行一般主机传入和传出操作；3）主机发出信号来控制从机发出数据，从机受到数据标识，可以开始向主机发送数据，主机则接收从机发出的数据；4）当数据传送完毕后，起始信号CS将放低，SCK亦会放低，外设再将已写完信息的SS连接信号拉高；5）最后，外设会结束数据的读取和写入，同时将SS。

spi工作原理SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信协议，用于连接微控制器、传感器、存储器等外部设备。

其工作原理如下：1. 通信架构：SPI使用主从架构，其中主设备（通常是微控制器或处理器）控制通信的初始化、时钟速率以及数据传输的起始和终止，而从设备（例如传感器或存储器）则被动地响应主设备的指令。

2. 时钟信号：SPI通信需要一个时钟信号作为同步基准，由主设备产生并传输给从设备。

通常情况下，SPI设备具有两个时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）设置，主设备和从设备必须使用相同的设置才能正常通信。

3. 数据传输：主设备通过SPI总线发送数据，而从设备则将其接收。

数据以字节为单位传输，可以进行全双工或半双工传输。

数据传输的方式一般为MSB（最高有效位）或LSB（最低有效位）优先。

4. 片选信号：SPI可以支持多个从设备的连接。

通过片选信号（通常称为CS或SS），主设备可以选择与哪个从设备进行通信。

只有选中的从设备会响应主设备发送的指令和数据。

5. 数据帧：SPI通信中的数据传输由一系列的数据帧组成。

每个数据帧包含一个位传输和一个字节传输，并由传输时钟控制。

6. 通信步骤：- 主设备发送片选信号以选中从设备。

- 主设备发送时钟信号作为同步时钟。

- 主设备将数据位推送到MOSI（主输出从输入）线上。

- 从设备在下降沿接收数据位，并将响应数据推送到MISO （主输入从输出）线上。

- 主设备在上升沿采集响应数据。

- 重复以上步骤直到传输完成。

总结：SPI是一种高速串行通信协议，具有灵活性和简单性。

它通过主从架构、时钟信号、数据传输、片选信号以及数据帧来实现设备之间的通信。

主设备控制通信的初始化和时序，从设备被动响应主设备的指令和数据。

通过理解SPI的工作原理，可以更好地设计和应用它。

spi总线工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种同步串行通信协议，它主要用于在微控制器或其他数字集成电路之间传输数据。

SPI总线由一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）组成。

主设备通过与从设备之间发送和接收数据的方式来与其进行通信。

SPI总线的工作原理如下：
1. 首先，主设备选择要与之通信的从设备。

这是通过在片选引脚上拉低电平来实现的。

其他从设备的片选引脚应保持高电平。

2. 接着，主设备通过时钟引脚（SCK）生成时钟信号，此时数据传输开始。

3. 主设备通过主输出(MOSI)引脚发送数据，从设备通过主输
入(MISO)引脚接收数据。

在每个时钟周期中，主设备和从设
备在SCK上的上升沿或下降沿进行数据交换。

4. 数据传输时，主设备先发送一个起始位（通常是高电平）并将其传输到从设备。

5. 接下来，主设备和从设备同时发送并接收数据，每一个时钟周期传输一个位。

数据传输的顺序是从最高位（MSB）到最
低位（LSB）。

6. 当所有数据位都传输完毕后，主设备通过拉高片选引脚结束
与从设备的通信。

7. 在通信结束后，主设备可以选择与其他从设备进行通信，或者在下一个时钟周期中重新选择与之前的从设备进行通信。

SPI总线的工作原理简单而直观。

它具有高速、可简化电路设计等优点，因此在很多嵌入式系统中得到了广泛应用。

SPI总线简介及原理2009-12-29 10:52SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。

SPI 接口由SDI（串行数据输入），SDO（串行数据输出），SCK（串行移位时钟），CS（从使能信号）四种信号构成，CS 决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CS 信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。

通讯时，数据由SDO 输出，SDI 输入，数据在时钟的上升或下降沿由SDO 输出，在紧接着的下降或上升沿由SDI 读入，这样经过8/16 次时钟的改变，完成8/16 位数据的传输。

SPI通信该总线通信基于主-从配置。

它有以下4个信号：MOSI:主出/从入MISO:主入/从出SCK:串行时钟SS:从属选择芯片上“从属选择”(slave-select)的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。

在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。

数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。

然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。

CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。

数据方向和通信速度SPI传输串行数据时首先传输最高位。

波特率可以高达5Mbps，具体速度大小取决于SPI硬件。

例如，Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。

SPI总线接口及时序SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。

如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。

SPI总线的工作方式及原理详解SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。

SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信：一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO；用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。

SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

SPI总线有四种工作方式(SP0，SP1，SP2，SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。

如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。

时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。

如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。

SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。

SPI时序详解---SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻SPI接口有四种不同的数据传输时序，取决于CPOL和CPHL这两位的组合。

图1中表现了这四种时序，时序与CPOL、CPHL的关系也可以从图中看出。

图1CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL＝0，空闲电平为低电平，CPOL＝1时，空闲电平为高电平。

干货一文了解SPI总线工作原理、优缺点和应用案例将微控制器连接到传感器，显示器或其他模块时，您是否考虑过两个设备之间如何通信？他们到底在说什么？他们如何能够相互理解？电子设备之间的通信就像人类之间的通信，双方都需要说同一种语言。

在电子学中，这些语言称为通信协议。

幸运的是，在构建大多数DIY电子项目时，我们只需要了解一些通信协议。

在本系列文章中，我们将讨论三种最常见协议的基础知识：串行外设接口（SPI），内部集成电路（I2C）和通用异步接收器/发送器（UART）驱动通信。

首先，我们将从一些关于电子通信的基本概念开始，然后详细解释SPI的工作原理。

SPI，I2C和UART比USB，以太网，蓝牙和WiFi等协议慢得多，但它们更简单，使用的硬件和系统资源也更少。

SPI，I2C和UART非常适用于微控制器之间以及微控制器和传感器之间的通信，在这些传感器中不需要传输大量高速数据。

串行与并行通信电子设备通过物理连接在设备之间的导线发送数据位来相互通信，有点像一个字母中的字母，除了26个字母（英文字母表中），一个位是二进制的，只能是1或0。

通过电压的快速变化，位从一个设备传输到另一个设备。

在工作电压为5V的系统中，0位作为0V的短脉冲通信，1位通过5V的短脉冲通信。

数据位可以并行或串行形式传输。

在并行通信中，数据位是同时发送的，每个都通过单独的线路。

下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的并行传输：在串行通信中，通过单线逐个发送这些位。

下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输：SPI通信简介许多设备都采用了SPI通用通信协议。

例如，SD卡模块，RFID读卡器模块和2.4 GHz无线发送器/接收器都使用SPI与微控制器通信。

SPI的一个独特优势是可以不间断地传输数据。

可以连续流发送或接收任意数量的比特。

使用I2C和UART，数据以数据包形式发送，限制为特定的位数。

启动和停止条件定义每个数据包的开始和结束，因此数据在传输过程中会被中断。

SPI通信协议（SPI总线）学习
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步的、全双工的通信总线，常用于连接微
控制器和外围设备。

SPI总线的通信协议相对简单，有四根信号线组成：SCLK（时钟
信号）、MOSI（主机输出从机输入信号）、MISO（主机输入从机输出信号）和SS （片选信号）。

SPI总线的工作方式如下：
1. 选择从机：主机通过将片选信号（SS）置低来选择要通信的从机。

通常每个从机都
有独立的片选线。

2. 时钟信号：主机通过时钟信号（SCLK）提供同步时钟给从机，控制数据传输的时钟周期。

3. 主机输出从机输入：主机将要发送给从机的数据通过主机输出从机输入信号（MOSI）发送给从机。

数据按照时钟的上升沿或下降沿传输。

4. 主机输入从机输出：从机将要发送给主机的数据通过主机输入从机输出信号（MISO）传输给主机。

数据按照时钟的上升沿或下降沿传输。

5. 数据传输顺序：数据传输是基于时钟信号的，每个时钟周期传输一个位。

主机和从
机按照特定的数据传输格式进行通信，可以是先传输最高有效位（MSB）或最低有效
位（LSB）。

6. 数据传输模式：SPI总线支持多种数据传输模式，如模式0、模式1、模式2和模式3，不同模式下时钟信号和数据传输的相位和极性不同。

7. 传输完成：主机通过将片选信号（SS）置高来结束通信。

SPI总线的优点是简单、高速、低成本，适用于连接多种外设，如传感器、存储器、显示器等。

然而，SPI总线并没有提供错误检测和纠正机制，需要通过其他方式保证数据的可靠性。

spi通信原理SPI（英文缩写：SerialPeripheralInterface），即串行外围设备接口，是一种常见的外设接口，它是一种位同步总线，允许多个从机和一个主机通过四根线进行数据传输。

它是1980年代由Motorola 公司和Microchip公司共同开发的，它的优点是简单，可靠性高，由于只需要四根线就可以实现数据传输，所以它不会占用很多IO资源，而且电路结构简单，容易实现。

SPI总线结构SPI总线由四根线组成，分别是根据以下表格介绍的线路：名称t说明MOSI（Master Out Slave In）t主机输出从机输入数据线MISO（Master In Slave Out）t主机输入从机输出数据线SCK（Serial Clock）t时钟线，由主机产生CS（Chip Select）t片选线，由从机控制MOSI和MISO线是数据传输的线路，SCK线是时钟信号，由主机产生，而CS线是对从机控制的线路，它由从机控制，确定从机是否处于活动状态。

在SPI通信中，主机可以与一个，也可以与多个从机进行通信，此时需要多个片选线，每条线分别连接一个从机，这样就可以控制哪些从机处于活动状态，与主机通信，以此实现多个从机的通信。

SPI通信过程SPI通信的流程可以总结为以下四个步骤：（1）主机传输片选信号：主机首先使用CS线对从机发出片选信号，表示主机准备与某一从机通信，从机接收到片选信号之后，如果有数据要发送，则准备发送。

（2）主机发送同步信号：当从机准备完毕之后，主机便开始发出时钟信号，用以标识数据传输的速度和方式，而从机则读取此时钟信号，以此来调节自己发送数据的速度和方式。

（3）主机和从机进行数据传输：当时钟信号发完之后，主机和从机开始进行数据传输，主机在MOSI线上发送数据，而从机则在MISO 线上接收数据；若从机有数据要发送，则从机在MOSI线上发送数据，而主机在MISO线上接收数据。

（4）主机断开片选信号：本次数据传输完毕之后，主机必须发出片选断开信号，以此断开连接，从而结束本次SPI通信。

SPI线的原理与应用研究1. 概述SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行外设接口协议，被广泛应用于各种嵌入式系统中。

本文将介绍SPI线的原理和应用，包括其基本原理、工作模式、使用场景等。

2. 基本原理SPI线是一种全双工的串行数据传输线，由至少4根线组成，包括主设备发出数据（MOSI）、接收数据（MISO）、时钟信号（SCLK）和片选信号（SS）。

其中，主设备负责发起传输并控制片选信号，从设备负责接收和响应传输。

3. 工作模式SPI线可以工作在多种模式下，主要包括四种常见模式： 1. 模式0：时钟信号空闲时，数据线保持低电平；数据线在时钟信号的上升沿采样，下降沿传输数据。

2. 模式1：时钟信号空闲时，数据线保持低电平；数据线在时钟信号的下降沿采样，上升沿传输数据。

3. 模式2：时钟信号空闲时，数据线保持高电平；数据线在时钟信号的下降沿采样，上升沿传输数据。

4. 模式3：时钟信号空闲时，数据线保持高电平；数据线在时钟信号的上升沿采样，下降沿传输数据。

4. 应用场景SPI线在各种嵌入式系统中广泛应用，特别适用于需要高速数据传输和较短传输距离的场景。

以下是几个常见的应用场景： - 存储器接口：SPI线可以连接各类存储器，如闪存、EEPROM等，实现数据的读写操作。

- 传感器接口：许多传感器设备采用SPI线与主控设备连接，例如温度传感器、加速度传感器等。

- 显示设备接口：SPI线可以用于连接各种显示设备，如液晶屏、OLED屏等，用于传输显示数据。

- 通信接口：SPI线可以用于实现设备之间的通信，如无线模块与主控设备之间的数据传输。

5. 优缺点分析SPI线作为一种串行通信协议，具有以下优点： - 高速数据传输：由于采用串行数据传输，SPI线可以实现较高的数据传输速率。

- 硬件控制简单：SPI线的控制由硬件实现，相比其他协议更加简单。

- 灵活性高：SPI线支持多个从设备连接到一个主设备，因此具有灵活的拓展性。

spi协议及工作原理分析SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口是一种用于在微控制器和外部设备之间进行通信的协议。

它在许多嵌入式系统中被广泛应用，例如存储器芯片、传感器、显示屏、无线模块等。

本文将介绍SPI协议的基本原理和工作方式。

一、SPI协议概述SPI是一种同步的协议，它使用全双工通信方式，数据的传输是通过时钟信号进行同步。

SPI协议要求系统中至少有一个主设备（Master），以及一个或多个从设备（Slave）。

主设备负责发起数据传输请求，从设备负责响应请求并传输数据。

二、SPI协议的硬件连接SPI协议一般使用四根线进行连接：时钟线（SCLK）、主设备输出线（Master Out Slave In，MOSI）、主设备输入线（Master In Slave Out，MISO）和片选线（SS）。

1. SCLK（时钟线）：主设备通过时钟线产生时钟信号，作为数据传输的时间基准。

2. MOSI（主设备输出线）：主设备通过此线将数据发送给从设备。

3. MISO（主设备输入线）：从设备通过此线将数据发送给主设备。

4. SS（片选线）：用于选择对应的从设备。

在传输数据之前，主设备需要通过拉低该线来选择从设备；当传输结束后，主设备会释放该线。

三、SPI协议的工作过程SPI协议的工作过程可以分为四个阶段：时钟极性（CPOL）、时钟相位（CPHA）、传输顺序和数据帧。

1. 时钟极性（CPOL）：指定时钟信号的空闲状态是高电平还是低电平。

在不同的设备中，时钟极性可能有不同的定义，一般有两种方式。

当CPOL为0时，表示空闲状态时钟为低电平；当CPOL为1时，表示空闲状态时钟为高电平。

2. 时钟相位（CPHA）：指定数据采样的时机。

同样有两种定义方式。

当CPHA为0时，数据在时钟信号的上升沿采样；当CPHA为1时，数据在时钟信号的下降沿采样。

3. 传输顺序：SPI协议一般采用全双工通信方式进行数据传输，即主设备同时发出数据并接收从设备的数据。

SPI总线通俗易懂讲解SPI总线MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。

传输的速率由时钟信号SCK决定，SI为数据输入、SO为数据输出。

采用SPI总线的系统如图8-27所示，它包含了一个主片和多个从片，主片通过发出片选信号-CS来控制对哪个从片进行通信，当某个从片的-CS信号有效时，能通过SI接收指令、数据，并通过SO发回数据。

而未被选中的从片的SO端处于高阻状态。

图8-27 SPI总线的系统主片在访问某一从片时，必须使该从片的片选信号有效；主片在SCK信号的同步下，通过SI线发出指令、地址信息；如需将数据输出，则接着写指令，由SCK同步在SI线上发出数据；如需读回数据，则接着读指令，由主片发出SCK，从片根据SCK的节拍通过SO发回数据。

因而对具有SPI接口的从片器件来讲，SCK、SI是输入信号，SO是输出信号。

SCK 用于主片和从片通信的同步。

SI用于将信息传输到器件，输入的信息包括指令、地址和数据，指令、地址和数据的变化在SCK的低电平期间进行，并由SCK信号的上升沿锁存。

SO用于将信息从器件传出，传出的信息包括状态和数据，信息在SCK信号的下降沿移出。

Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了SPI总线，该系列器件的性能如表8-2所示。

表8-2 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM型号25XX04025XX08025XX16025XX320容量4K（512 X 8bit）8K(1024 X 8bit)16K(4096 X 8bit)32K(4096 X 8bit)地址信号A0~A8A0~A9A0~A10A0~A11以25XX320为例，该器件是4K字节的E2PROM，结构如图8-28所示，接口信号为SCK、SI和SO，此外还具有-CS、-WP、-HOLD信号线。

其中-CS为器件选中信号，当此信号为低电平时器件被选中，高电平时器件处于等待状态。