一文了解SPI总线工作原理应用案例
SPI总线组成及其工作原理
SPI总线组成及其工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信总线，常用于连接微控制器与外部设备，如传感器、存储器、外设等。
SPI总线由四条信号线组成，包括SCLK（串行时钟线），MOSI（主设备输出从设备输入线），MISO（主设备输入从设备输出线）和SS（片选信号线）。
以下将详细介绍SPI总线的工作原理和其组成部分。
SPI总线采用主从架构，由一个主设备（如微控制器）和一个或多个从设备（如传感器、存储器等）组成。
主设备通过SCLK产生时钟信号来驱动整个通信过程。
主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线传输数据给主设备。
每个从设备都有一个片选信号线（SS），用于使能该从设备。
当主设备需要与一些从设备通信时，将对应的片选信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
1.SCLK（串行时钟线）：SCLK是SPI通信中的时钟信号，由主设备通过该线产生并驱动。
SCLK信号的频率可以由主设备控制，通常可以在MHz级别。
SCLK的上升沿和下降沿都用于同步数据传输。
数据在SCLK的上升沿或下降沿的边沿进行读写操作。
2.MOSI（主设备输出从设备输入线）：MOSI是主设备输出从设备输入的数据线。
主设备通过MOSI将数据传输给从设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被写入。
3.MISO（主设备输入从设备输出线）：MISO是主设备输入从设备输出的数据线。
从设备通过MISO将数据传输给主设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被读取。
4.SS（片选信号线）：每个从设备都有一个对应的SS信号线。
当主设备需要与一些从设备通信时，将该从设备的SS信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
当通信结束后，SS信号线会被拉高，表示该从设备不再被选中。
1.主设备通过控制SS信号线，选中一些从设备开始通信。
2.主设备通过SCLK产生时钟信号，并通过MOSI线发送数据给从设备。
3.从设备在SCLK的上升沿或下降沿将数据写入MISO线，传输给主设备。
串行外设接口(SPI)总线解析及应用
串行外设接口（SPI）总线解析及应用
串行外设接口（SPI）总线是一个工作在全双工模式下的同步串行数据链路。
它可用于在单个主控制器和一个或多个从设备之间交换数据。
其简单的实施方案只使用四条支持数据与控制的信号线（图1）：
虽然表1 中的引脚名称来自摩托罗拉开发的SPI 标准，但具体集成电路的SPI 端口名称往往与图1 中所示的不同。
图1:基本SPI 总线
表1:SPI 引脚名称分配
SPI 数据速率一般在1 到70MHz 的范围内，字长为从8 位及12 位到这两个值的倍数。
数据传输一般由数据交换构成。
在主控制器向从设备发送数据时，从设备也向主控制器发送数据。
因此主控制器的内部移位寄存器和从设备都采用环形设置（图2）。
图2:双移位寄存器形成一个芯片间的环形缓存器
在数据交换之前，主控制器和从设备会将存储器数据加载至它们的内部移位寄存器。
收到时钟信号后，主控制器先通过MOSI 线路时钟输出其移位寄存器的MSB。
同时从设备会读取位于SIMO 的主控器第一位元，将其存储在存储器中，然后通过SOMI 时钟输出其MSB。
主控制器可读取位于MISO 的从设备第一位元，并将其存储在存储器中，以便后续处理。
整个过程将一直持续到所有位元完成交换，而主控器则可让时钟空闲并通过/SS 禁用从设备。
SPI、I2C、UART三种串行总线的原理、区别及应用参考模板
简单描述：SPI 和I2C这两种通信方式都是短距离的，芯片和芯片之间或者其他元器件如传感器和芯片之间的通信。
SPI和IIC是板上通信,IIC有时也会做板间通信,不过距离甚短,不过超过一米,例如一些触摸屏,手机液晶屏那些很薄膜排线很多用IIC,I2C能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。
I2C 是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。
总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。
多路微控制器能在同一个I2C总线上共存这两种线属于低速传输；而UART是应用于两个设备之间的通信，如用单片机做好的设备和计算机的通信。
这样的通信可以做长距离的。
UART和,UART就是我们指的串口,速度比上面三者快,最高达100K左右,用与计算机与设备或者计算机和计算之间通信,但有效范围不会很长,约10米左右,UART优点是支持面广,程序设计结构很简单,随着USB的发展,UART也逐渐走向下坡；SmBus有点类似于USB设备跟计算机那样的短距离通信。
简单的狭义的说SPI和I2C是做在电路板上的。
而UART和SMBUS是在机器外面连接两个机器的。
详细描述：1、UART(TX,RX)就是两线，一根发送一根接收，可以全双工通信，线数也比较少。
数据是异步传输的，对双方的时序要求比较严格，通信速度也不是很快。
在多机通信上面用的最多。
2、SPI(CLK,I/O,O,CS)接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART 的缺点也就是它的优点了，对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。
一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面，如大容量存储器等。
3、I2C(SCL,SDA)接口也是两线接口，它是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输数据的，通信速度不高，程序写起来也比较复杂。
一般单片机系统里主要用来和24C02等小容易存储器连接。
单片机SPI通信原理及应用
单片机SPI通信原理及应用SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行外设接口协议，被广泛应用于单片机系统中。
它通过同时使用四条信号线（SCLK、MISO、MOSI、SS）实现了高速全双工的通信。
本文将介绍SPI通信的原理和应用。
一、SPI通信的原理SPI通信包括主设备和从设备之间的数据传输。
主设备通过SCLK （Serial Clock）产生时钟信号来驱动数据传输，MOSI（Master Out, Slave In）用于从主设备发送数据到从设备，MISO（Master In, Slave Out）用于从设备将数据发送回主设备。
SS（Slave Select）信号用于选择从设备。
SPI通信采用的是同步传输方式，数据的传输是在时钟的边沿上进行的。
主设备通过SCLK产生的时钟信号控制数据的传输速率。
通过MOSI和MISO线，主设备和从设备之间可以传输8位的数据帧。
在SPI通信中，主设备负责发起通信并控制整个通信过程。
主设备首先将SS信号拉低以选择从设备，然后按照时钟信号的边沿，将数据逐位地通过MOSI发送给从设备。
同时，从设备也通过MISO将数据逐位地发送回主设备。
通信结束后，主设备将SS信号拉高以结束通信。
二、SPI通信的应用SPI通信广泛应用于嵌入式系统中，可以连接各种外设，如传感器、存储器、显示器等。
下面是几个常见的SPI通信应用场景。
1. 驱动显示器SPI通信常用于连接液晶显示器或OLED显示器。
通过SPI总线，主设备可以向显示器发送显示内容的数据，控制显示器的刷新和切换。
同时，显示器也可以向主设备发送触摸或按键等操作的数据。
2. 连接存储器SPI通信可以连接各种存储器，如闪存、EEPROM等。
主设备可以通过SPI总线读取和写入存储器中的数据，实现数据的存储和读取功能。
3. 模拟数字转换器（ADC）SPI通信可以连接ADC芯片，用于将模拟信号转换为数字信号。
主设备通过SPI总线请求ADC芯片进行采样，并接收转换后的数字信号。
单片机中SPI接口的工作原理与应用案例
单片机中SPI接口的工作原理与应用案例一、工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步的串行通信接口协议，常用于单片机和外围设备之间进行数据传输。
它由一个主设备和一个或多个从设备组成，可以同时控制多个从设备。
SPI接口通过四个信号线进行通信：时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）、片选线（SS）。
工作时，主设备驱动时钟线发送时钟信号，从而控制数据传输的时序。
主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线返回数据给主设备。
片选线用于选择哪个从设备与主设备进行通信，可以通过使能或禁用相应的从设备。
SPI通信的数据传输方式有两种：全双工和半双工。
全双工允许主设备和从设备同时发送和接收数据，而半双工只允许主设备和从设备交替进行数据传输。
SPI 接口的工作速率可以根据应用需求进行调整。
在SPI接口中，主设备控制时钟的频率，从设备根据时钟频率进行数据读取和传输。
二、应用案例1. 存储器扩展模块一个常见的应用案例是在单片机系统中使用SPI接口来扩展存储器容量。
通过连接一块外部存储器，可以实现对大容量数据的读写操作。
主设备通过SPI接口发送读写指令和地址信息，从设备接收指定地址的数据，并将数据返回给主设备。
通过这种方式，可以轻松扩展单片机的存储容量。
2. 传感器数据采集模块SPI接口广泛应用于传感器数据采集模块。
传感器作为从设备连接到单片机系统，通过SPI接口将采集到的数据传输给主设备。
主设备可以根据需要发送控制命令到从设备，从而实现对传感器的配置和采集频率等参数的调整。
例如，温度传感器可以通过SPI接口将采集到的温度数据传输给单片机系统，从而实现实时温度监测。
其他类型的传感器，如加速度传感器、压力传感器等，也可以通过SPI接口与单片机进行数据交换，实现对环境参数的监测和控制。
3. 外部显示模块SPI接口还常被用于连接外部显示模块，如液晶显示屏（LCD）。
SPI总线简介与参考实例
SPI总线简介与参考实例SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI 是Motorola公司推出的首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的一种同步串行通讯方式。
这是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。
SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI总线系统是一种同步串行外设接口通信以交换信息。
外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。
SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。
一、基本原理1. SPI技术性能SPI接口是Motorola 首先提出的全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式（Master Slave）架构；支持多slave模式应用，一般仅支持单Master。
时钟由Master 控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSB first）；SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，目前应用中的数据速率可达几Mbps 的水平。
2. SPI控制模式SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。
也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI （数据输入），SDO （数据输出），SCK （时钟），CS （片选）。
（1）MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入（主发从收）（2）MOSO – 主设备数据输入，从设备数据输出（主收从发）（3）SCLK – 时钟信号，由主设备产生（时钟线） （4）/SS – 从设备使能信号，由主设备控制其中SS 是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。
spi总线工作原理
spi总线工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种同步串行通信协议，它主要用于在微控制器或其他数字集成电路之间传输数据。
SPI总线由一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）组成。
主设备通过与从设备之间发送和接收数据的方式来与其进行通信。
SPI总线的工作原理如下：
1. 首先，主设备选择要与之通信的从设备。
这是通过在片选引脚上拉低电平来实现的。
其他从设备的片选引脚应保持高电平。
2. 接着，主设备通过时钟引脚（SCK）生成时钟信号，此时数据传输开始。
3. 主设备通过主输出(MOSI)引脚发送数据，从设备通过主输
入(MISO)引脚接收数据。
在每个时钟周期中，主设备和从设
备在SCK上的上升沿或下降沿进行数据交换。
4. 数据传输时，主设备先发送一个起始位（通常是高电平）并将其传输到从设备。
5. 接下来，主设备和从设备同时发送并接收数据，每一个时钟周期传输一个位。
数据传输的顺序是从最高位（MSB）到最
低位（LSB）。
6. 当所有数据位都传输完毕后，主设备通过拉高片选引脚结束
与从设备的通信。
7. 在通信结束后，主设备可以选择与其他从设备进行通信，或者在下一个时钟周期中重新选择与之前的从设备进行通信。
SPI总线的工作原理简单而直观。
它具有高速、可简化电路设计等优点，因此在很多嵌入式系统中得到了广泛应用。
SPI总线的工作方式及原理详解
SPI总线的工作方式及原理详解SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。
SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信：一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO；用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。
SPI总线有四种工作方式(SP0，SP1，SP2，SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。
SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。
如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。
SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
SPI时序详解---SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻SPI接口有四种不同的数据传输时序，取决于CPOL和CPHL这两位的组合。
图1中表现了这四种时序，时序与CPOL、CPHL的关系也可以从图中看出。
图1CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL＝0，空闲电平为低电平，CPOL＝1时，空闲电平为高电平。
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一文了解SPI总线工作原理应用案例
一文了解SPI总线工作原理应用案例将微控制器连接到传感器，显示器或其他模块时，您是否考虑过两个设备之间如何通信?他们到底在说什么?他们如何能够相互理解?
电子设备之间的通信就像人类之间的通信，双方都需要说同一种语言。
在电子学中，这些语言称为通信协议。
幸运的是，在构建大多数DIY电子项目时，我们只需要了解一些通信协议。
在本系列文章中，我们将讨论三种最常见协议的基础知识：串行外设接口(SPI)，内部集成电路(I2C)和通用异步接收器/发送器(UART)驱动通信。
首先，我们将从一些关于电子通信的基本概念开始，然后详细解释SPI的工作原理。
SPI，I2C和UART比USB，以太网，蓝牙和WiFi等协议慢得多，但它们更简单，使用的硬件和系统资源也更少。
SPI，I2C和UART非常适用于微控制器之间以及微控制器和传感器之间的通信，在这些传感器中不需要传输大量高速数据。
串行与并行通信
电子设备通过物理连接在设备之间的导线发送数据位来相互通信，有点像一个字母中的字母，除了26个字母(英文字母表中)，一个位是二进制的，只能是1或0。
通过电压的快速变化，位从一个设备传输到另一个设备。
在工作电压为5V的系统中，0位作为0V的短脉冲通信，1位通过5V的短脉冲通信。
数据位可以并行或串行形式传输。
在并行通信中，数据位是同时发送的，每个都通过单独的线路。
下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的并行传输：
在串行通信中，通过单线逐个发送这些位。
下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的串行传输：
许多设备都采用了SPI通用通信协议。
例如，SD卡模块，RFID读卡器模块和2.4GHz无线发送器/接收器都使用SPI 与微控制器通信。
SPI的一个独特优势是可以不间断地传输数据。
可以连续流发送或接收任意数量的比特。
使用I2C和UART，数据以数据包形式发送，限制为特定的位数。
启动和停止条件定义每个数据包的开始和结束，因此数据在传输过程中会被
中断。
通过SPI通信的设备处于主从关系。
主设备是控制设备(通常是微控制器)，而从设备(通常是传感器，显示器或存储器芯片)接收来自主设备的指令。
最简单的SPI配置是单主机，单从机系统，但是一个主机可以控制多个从机(下面将详细介绍)。
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间。
(1)MISO–Master Input Slave Output,主设备数据输入，从设备数据输出;
(2)MOSI–Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入;
(3)SCLK–Serial Clock，时钟信号，由主设备产生;
(4)CS–Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制。
*实际上，从设备的数量受到系统负载电容的限制，受主设备在电压电平之间精确切换的能力。
SPI如何工作
时钟
时钟信号将来自主设备的数据位输出与从设备的位采样同步。
在每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度由时钟信号的频率决定。
由于主设备配置并生成时钟信号，因此SPI时钟始终为主设备的时钟。
设备共享时钟信号的任何通信协议称为同步。
SPI是一种同步通信协议，还有一些不使用时钟信号的异步方法。
例如，在UART通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定数据传输的速度和时间。
SPI中的时钟信号可以使用时钟极性和时钟相位属性进行修改。
这两个属性协同工作以定义何时输出以及何时对它们进行采样。
时钟极性可由主机设置，以允许在时钟周期的上升沿或下降沿输出和采样。
时钟相位也可以由主机设置，以便在时钟周期的第一个边沿或第二个边沿上进行输出和采样，无论是上升还是下降。
从设备选择
主设备可以通过将从设备的CS/SS线设置为低电压电平来选择要通话的从设备。
在空闲非传输状态中，从选择线保持在高电压电平。
主机上可能有多个CS/SS引脚，以允许多个从机并联连接。
如果只有一个CS/SS引脚，则可以通过菊花链将多个从器件连接到主器件。
多个从设备
SPI可以设置为使用单个主设备和单个从设备进行操作，也可以设置通过单个主设备控制多个从设备。
有两种方法可以将多个从站连接到主站。
如果主机有多个从机选择引脚，则从机可以并联连接，如下所示：
如果只有一个从选择引脚可用，则从器件可以菊花链式连接，如下所示：
MOSI和MISO
主机通过MOSI线串行发送数据到从机。
从器件接收MOSI引脚上的主器件发送的数据。
从主设备发送到从设备的数据通常首先以最高有效位发送。
从机还可以通过串行的MISO线路将数据发送回主机。
从从设备发送回主设备的数据通常首先以最低有效位发送。
SPI数据传输步骤
1.主机输出时钟信号：
2.主器件将SS/CS引脚切换到低电压状态，从而激活从器件：
3.主机沿MOSI线一次一位地向从机发送数据。
从机在接收到的位时读取这些位：
4.如果需要响应，从站将沿着MISO线一次一位地向主站返回数据。
主机在接收到的位时读取这些位：
SPI的优点和缺点
使用SPI有一些优点和缺点，如果在不同的通信协议之间进行选择，您应该根据项目的要求知道何时使用SPI：优点
没有启动和停止位，因此数据可以连续流式传输而不会中断
没有复杂的从机寻址系统，如I2C
比I2C更高的数据传输速率(几乎快两倍)
单独的MISO和MOSI线，因此可以同时发送和接收数据
缺点
使用四根线(I2C和UART使用两根)
无法确认数据已成功接收(I2C已执行此操作)
没有错误检查，如UART中的奇偶校验位
仅允许单个主机。