SPI接口协议详解

一、SPI总线简介

SPI总线是摩托罗拉公司开发的一种高速、全双工、同步的通信总线，它通常由四条线组成：

• CS 片选信号
• SCLK 时钟信号
• MOSI 主机输出从机输入接口
• MISO 主机输入从机输出接口

SPI分为主机和从机，主机提供通信所需的时钟信号。

二、SPI四种工作模式

SPI最重要的两个参数分别是时钟的极性（CPOL）和相位（CPHA）。

• CPOL：Clock Polarity 决定时钟空闲状态电平是高电平还是低电平
  CPOL = 0：时钟空闲时为低电平，时钟高电平时有效
  CPOL = 1：时钟空闲时为高电平，时钟低电平时有效
• CPHA：Clock Phase 决定数据传输采样和移位方式
  CPHA = 0 ：在时钟信号SCK的第一个跳变沿采样
  CPHA = 1 ：在时钟信号SCK的第二个跳变沿采样

时钟和相位的不同组合，形成了SPI的四种工作模式：

模式	CPOL	CPHA
Mode 0	0	0
Mode 1	0	1
Mode 2	1	0
Mode 2	1	1

我们以stm32的spi总线为例：

Mode 0：CPOL为0，CPHA为0时，数据在时钟第一个跳变沿（上升沿）采样；
Mode 1：CPOL为0，CPHA为1时，数据在第一个跳变沿（下降沿）采样；
Mode 1：CPOL为1，CPHA为0时，数据在第一个跳变沿（下降沿）采样；
Mode 1：CPOL为1，CPHA为1时，数据在第一个跳变沿（上升沿沿）采样；

模式	相位极性	采样	SCL空闲电平
Mode 0	CPOL = 0, CPHA = 0	上升沿	低电平
Mode 1	CPOL = 0, CPHA = 1	下降沿	低电平
Mode 2	CPOL = 1, CPHA = 0	下降沿	高电平
Mode 2	CPOL = 1, CPHA = 1	上升沿	高电平

SPI slave设备SCL在空闲的时候是高电平还是低电平，决定了CPOL是0还是1。

三、SPI全双工和半双工

在使用stm32等mcu时，SPI通常会有全双工、半双工的选项。所谓全双工就是SPI在发送数据的同时也能够接收数据，所谓半双工就是SPI的发送和接收分时，即发送的时候不能接收数据，接收数据的时候不能发送数据。

四、应用电路

一对一：

一对多：