物理层

SPI 通讯使用 3 条总线及片选线，3 条总线分别为 SCK、MOSI、MISO，
片选线为。

各个通信线的作用

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SCK

MOSI

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- Master Output， Slave Input：主设备输出/从设备输入引脚。
- 主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，
- 即这条线上数据的方向为主机到从机。
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MOSO

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- (Master Input,，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。
- 主机从这条信号线 读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，
- 即在这条线上数据的方向为从机到主机。
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片选线

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- 从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、CS，以下用 NSS 表示。
- 当有多个 SPI 从设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、 MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用 这 3 条总线；
- 而每个从设备都有独立的这一条 NSS 信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。
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速度的影响因素

• SPI的最大时钟频率是CPU处理SPI数据的能力
• 输出端驱动能力（PCB所允许的最大信号传输速率）

协议层

通讯的起始和停止信号

• 起始信号
  • 在上图的标号①处，NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。
  • NSS 是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。
• 停止信号
  • 在图中的标号⑥处，NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

数据有效性

SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。

MOSI 及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。
数据传输时，MSB先行或LSB先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用图中的 MSB 先行模式。
在其它时刻，数据无效，MOSI 及 MISO 为下一次表示数据做准备。
SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。
语雀内容 :::info MOSI 及 MISO 的数据在，SCK 的上升沿期间变化输出
MOSI 及 MISO 的数据在，SCK 的下降沿时被采样 **

• 高电平时表示数据“1”
• 低电平时表示数据“0” :::

CPOL/CPHA 及通讯模式

SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。
为方便说明，在此 引入“时钟极性 CPOL”和“时钟相位 CPHA”的概念。

时钟极性 CPOL

• 指 SPI 通讯设备处于空闲状态时，SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。
• CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，
• CPOL=1 时，则相反。

时钟相位 CPHA

• 指数据的采样的时刻，
• 当 CPHA=0 时，MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。
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• 当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数 边沿”采样。
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I2C与SPI的区别

:::info 寻址方式的不同 :::

I2C 协议中通过设备地址来寻址、 选中总线上的某个设备并与其进行通讯；
SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。
SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。
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