目录

一、SPI 协议简介

1. 协议起源与核心定位

2. SPI总线拓扑结构

3.寻址方式

二、SPI通信时序

1.移位示意图

2.SPI的基本时序单元

3.交换一个字节

极性和相位

模式0：

模式1：

模式2：

模式3：

三、SPI与IIC的对比

总结

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一、SPI 协议简介

1. 协议起源与核心定位

SPI 协议是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

2. SPI总线拓扑结构

核心信号线：

• SCK（Serial Clock）：串行时钟线，由主设备生成，是数据传输的 “节拍器”；
• MOSI（Master Output Slave Input）：主出从入线，主设备向从设备发送数据；
• MISO（Master Input Slave Output）：主入从出线，从设备向主设备返回数据；
• SS（Slave Select）：片选线，主设备通过电平控制选中目标从机（也常称 CS）。

拓扑规则：

• 支持总线挂载多设备（一主多从），所有从机的 SCK、MOSI、MISO 需共接（共享总线），仅 SS 线独立；
• 硬件配置：输出引脚（SCK、MOSI）配置为推挽输出，输入引脚（MISO）配置为浮空或上拉输入；
• 特殊说明：SPI 一主一从场景下，理论上可省 SS 线，但部分从机（如 W25Q64）强制要求 SS 参与通信，建议仍用 GPIO 控制 SS（或接固定有效电平），避免从机无响应。

3.寻址方式

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起

主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚

输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入

注：SPI如果一主一从，则只需要三根线即可，片选线可以不使用

SPI一主多从通信时，通过SS片选线来区分主机和哪几个从机进行通信，只需要主机将要和从机通信的SS电平拉低即可

关键避坑：一主多从通信时，同一时刻仅能拉低 1 根 SS 线（避免多个从机的 MISO 线冲突）；通信结束后需立即拉高 SS，释放从机。

二、SPI通信时序

1.移位示意图

SPI 主设备和从设备内部各有一个 8 位串行移位寄存器，通信时两个寄存器通过 MOSI 和 MISO 线 “首尾相连”，形成 16 位环形结构：

• 主设备向自身 SPI 串行寄存器写入 1 字节数据，即可发起一次传输；
• 在 SCK 时钟驱动下，主从寄存器同步移位：每 1 个 SCK 周期，主从各移出 1 位数据到对应数据线（主机→MOSI、从机→MISO），同时移入对方的 1 位数据；
• 8 个 SCK 周期完成 1 字节数据交换（SPI 通信本质是 “数据交换”，主设备发数据的同时必然接收从机数据）。

2.SPI的基本时序单元

起始条件：SS从高电平切换到低电平

终止条件：SS从低电平切换到高电平

3.交换一个字节

极性和相位

 SPI 总线有四种不同的工作模式，取决于极性 (CPOL) 和相位 (CPHA) 这两个因素

极性（CPOL）：表示 SCLK 空闲时的状态

• CPOL=0，空闲时 SCLK 为低电平
• CPOL=1，空闲时 SCLK 为高电平

相位（CPHA）：表示采样时刻

• CPHA=0，每个周期的第一个时钟沿采样
• CPHA=1，每个周期的第二个时钟沿采样

模式0：

CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

模式1：

CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平

CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

模式2：

CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

模式3：

CPOL=1：空闲状态时，SCK为高电平

CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

三、SPI与IIC的对比

总结

SPI 的核心优势是 “高速全双工 + 硬件简单”，掌握它的关键在于两点：

1. 寻址控制：一主多从时确保 SS 线互斥选通，同一时刻仅选中一个从机；
2. 时序匹配：严格按从机手册配置 CPOL/CPHA，避免因采样边沿错误导致数据传输失败。