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SPI概念简介

SPI，全称为串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是微处理控制单元（MCU）和外围IC（如传感器、ADC、DAC、驱动芯片和外部存储设备等）之间进行通信的一种同步串行端口。SPI通信速率可以从几千bps到几百Mbps甚至更高，具体速率取决于主设备和从设备的规格、性能以及它们之间的协商和支持能力。

SPI是一种全双工、同步、主从式接口，主要涉及两个主要角色：主设备（Master）和从设备（Slave）。SPI接口可以是3线式或4线式，下面重点介绍常用的4线SPI接口。4线SPI接口包括四个主要信号：时钟信号（SCLK）、片选信号（SS/CS）、主设备输出从设备输入信号（MOSI）和主设备输入从设备输出信号（MISO）。

其中，时钟信号（SCLK）由主设备提供，用于同步数据传输。片选信号（SS/CS）由主设备控制，用于选择要与主设备通信的从设备。主设备输出从设备输入信号（MOSI）用于主设备向从设备发送数据，而主设备输入从设备输出信号（MISO）则用于从设备向主设备发送数据。

利用四线SPI接口，可以构建不同的SPI模式（如单主单从、单主多从和菊花链模式）。接下来，我们将结合不同的SPI模式来介绍SPI的工作原理。

单主单从模式：在这种模式下，主设备的SCLK、MOSI和MISO连接到从设备的相应引脚。数据传输过程中，首先是时钟同步，主设备产生SCLK控制数据传输的时序。接着是片选信号，主设备将SS/CS引脚切换到低电压状态以激活从设备。主设备通过MOSI线向从设备发送数据，从设备通过MISO线向主设备发送数据。

单主多从模式：在这种模式下，主设备的SCLK和MOSI连接到每个从设备的相应引脚，而从设备的MISO连接到主设备的MISO引脚。每个从设备具有独立的SS引脚与主设备连接。当某个从设备的SS处于低电平时，该从设备与主设备进行通信，其他从设备的SS处于高电平状态。

菊花链模式：在这种模式下，主设备的MOSI和SCLK连接到第一个从设备的MOSI和SCLK。数据通过每个从设备的MISO传输到下一个从设备，直到最后一个从设备。每个从设备都需要一个独立的SS，主设备通过控制相应的SS选择要与之通信的从设备。在菊花链模式下，数据从一个从设备传播到下一个从设备所需的时钟周期数量与从设备在菊花链中的位置成正比。

SPI的核心思想是：每个设备都有一个移位寄存器，用于发送或接收数据。这两个移位寄存器以环形方式连接在一起，一个寄存器的输出连接到另一个寄存器的输入。主设备控制共同的时钟信号，确保每个寄存器在另一个寄存器移出一个比特时正好移入一个比特。为了确保数据的准确传输，SPI通信中必须包含采样和移位操作。采样是指主设备或从设备在时钟的上升沿或下降沿时读取数据位的操作，而移位是指数据位从发送器移动到接收器的过程。

SPI数据传输还涉及到时钟极性和时钟相位的选择。时钟极性（CPOL）决定空闲状态时时钟信号的极性，而时钟相位（CPHA）选择何时进行采样和移位操作。根据CPOL和CPHA的选择，有四种SPI模式可用。SPI数据传输还涉及传输位序和数据长度的选择。

SPI通信的实现需要考虑多种因素，包括具体的SPI模式、何时进行采样和移位操作、数据的位序和长度等。根据不同的设备和应用需求，可能需要选择合适的配置来实现可靠的通信。