SPI引脚接口详解：基本通讯时序与多从机连接方式

SPI引脚接口详解：基本通讯时序与多从机连接方式

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/kingboj/article/details/137969395

SPI（串行外设接口）是一种广泛应用于嵌入式系统中的全双工串行通信协议。它具有高速数据传输、简单硬件结构和灵活数据传输等优点，但同时也存在一些局限性。本文将详细介绍SPI的基本概念、优势与劣势、基本时序图、时钟极性和相序以及多从机连接方式。

1. SPI通讯的优势

1. 全双工串行通信：SPI支持同时发送和接收数据，提高了数据传输效率。
2. 高速数据传输速率：SPI的传输速率通常比其他串行通信协议更快。
3. 简单的软件配置：SPI的协议相对简单，易于在软件中实现。
4. 灵活的数据传输：SPI不限于8位数据传输，可以传输任意大小的数据字。
5. 简单的硬件结构：从设备不需要唯一地址，也不需要精密时钟振荡器或晶振。

2. SPI的缺点

1. 没有硬件从机应答信号：主机可能在不知情的情况下无法发送数据。
2. 通常仅支持一个主设备：SPI总线通常只支持一个主设备控制多个从设备。
3. 需要更多的引脚：与I2C相比，SPI需要更多的引脚连接。
4. 没有硬件级别的错误检查协议：SPI协议本身不包含错误检测机制。
5. 传输距离有限：与RS-232和CAN总线相比，SPI只能支持非常短的距离。

3. 基本时序图

SPI总线包括4条逻辑线：

• MISO（Master Input Slave Output）：主机输入，从机输出（数据来自从机）。
• MOSI（Master Output Slave Input）：主机输出，从机输入（数据来自主机）。
• SCLK（Serial Clock）：串行时钟信号，由主机产生发送给从机。
• CS（Slave Select）：片选信号，由主机发送，以控制与哪个从机通信，通常是低电平有效信号。

实际用示波器抓出来的波形不会这么规则：

4. SPI的时钟极性和相序

SPI协议支持不同的时钟极性和相位组合，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）两个参数来配置：

• CPOL（时钟极性）：定义空闲时的时钟线电平（0或1）。
• CPHA（时钟相位）：定义数据采样发生在时钟的上升沿还是下降沿。

（1）时钟极性0、时钟相位0：

5. 多从机连接方式

在实际应用中，SPI总线可以连接多个从设备。常见的连接方式有两种：

NSS（Chip Select）方式

• 优势：

• 简单易用：每个设备都有一个独立的片选信号，可以通过控制片选信号来选择要与主控器通信的设备。

• 灵活性高：每个设备都有独立的片选信号，因此可以独立选择通信的设备，使得系统的灵活性更高。

• 容错性好：由于每个设备有独立的片选信号，因此可以避免片选信号冲突或者误选的情况，提高了系统的稳定性和可靠性。

• 劣势：

• 占用引脚多：由于每个设备都需要一个独立的片选信号，因此在连接多个设备时可能会占用大量的引脚资源，特别是在系统复杂度较高时可能会造成引脚不足的问题。

菊花链（Daisy Chain）方式

• 优势：

• 引脚占用少：菊花链方式通过将多个设备串联在一起，只需一个片选信号，因此在连接多个设备时可以节省大量的引脚资源，特别适用于系统复杂度较高或者引脚资源有限的情况。

• 线路简洁：菊花链方式的连接线路相对较简单，只需要一根片选信号线和一根数据线，可以减少连接线的数量和长度，提高系统的整体可靠性。

• 劣势：

• 灵活性较差：菊花链方式中，所有设备共享同一个片选信号，因此在通信时需要依次选中每个设备，可能会降低系统的响应速度和灵活性。

• 容错性较差：由于所有设备共享同一个片选信号，一旦出现片选信号错误或者冲突，可能会导致通信失败或者数据错误，降低了系统的稳定性和可靠性。