嵌入式系统SPI总线详解与应用.docx

更新时间：2026-09-14 08:10:09 大小：39K 上传用户：江岚查看TA发布的资源 标签：SPI 嵌入式系统串行通信总线协议主从架构 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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26 嵌入式系统SPI总线详解与应用

一、引言

SPI（串行外设接口）是嵌入式系统中最常用的高速串行通信协议之一，由 Motorola 公司开发，已成为事实上的工业标准。SPI 以其高速、全双工和简单灵活的协议特性，广泛应用于 SD 卡读写、LCD 显示驱动、Flash 存储器操作和传感器数据采集等场景。与 I2C 相比，SPI 提供更高的传输速率和更低的协议开销，但需要更多的引脚。

二、SPI总线架构

SPI 采用主从（Master-Slave）架构，通常需要四根信号线：SCLK（串行时钟）由主设备产生，控制数据传输的速率和时序；MOSI（主出从入）用于主设备向从设备发送数据；MISO（主入从出）用于从设备向主设备发送数据；CS（片选信号）由主设备控制，用于选择需要通信的从设备。

SPI 支持多从设备连接，每个从设备需要独立的 CS 引脚。所有从设备共享 SCLK、MOSI 和 MISO 信号线。当 CS 被拉低时，对应的从设备被选中，开始与主设备通信。这种连接方式使 SPI 总线可以轻松扩展多个设备。

三、SPI 工作模式

SPI 定义了四种工作模式，由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）两个参数决定。

CPOL 决定时钟空闲状态的电平。CPOL=0 时，时钟空闲为低电平；CPOL=1 时，时钟空闲为高电平。CPHA 决定数据采样的边沿。CPHA=0 时，在时钟的第一个边沿采样数据；CPHA=1 时，在时钟的第二个边沿采样数据。

四种模式的组合为：模式0（CPOL=0，CPHA=0），模式1（CPOL=0，CPHA=1），模式2（CPOL=1，CPHA=0），模式3（CPOL=1，CPHA=1）。主设备和从设备必须使用相同的模式才能正常通信。SPI 模式通常由从设备的数据手册规定，驱动程序需要根据从设备的要求配置 MCU 的 SPI 外设。

四、SPI 数据传输时序

SPI 数据传输以时钟边沿为同步信号。在每个时钟周期，主设备和从设备同时通过 MOSI 和 MISO 线各发送一位数据。这种全双工的工作方式使 SPI 的传输效率非常高。

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二、SPI总线架构

三、SPI 工作模式

四、SPI 数据传输时序

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