SPI协议详解：全双工同步传输的4线接口

SPI (Serial Peripheral Interface) 协议详解 SPI是一种广泛应用于微电子领域的串行通信接口标准，它的全称是Serial Peripheral Interface，中文可以理解为“串行外围设备接口”。SPI协议设计初衷是为了简化硬件连接，提高通信速度和效率，特别是在芯片内部和外部设备之间的通信中。它采用全双工、同步模式，仅使用四根引脚（SCK，Master Clock或时钟线；MISO，Master Input/Slave Output，主设备输入/从设备输出；MOSI，Master Output/Slave Input，主设备输出/从设备输入；NSS，Chip Select/Slave Select，片选信号），这大大减少了电路板上的连接复杂性和节省了空间。 SPI总线架构以环形结构为主，其中NSS引脚用于选择工作模式，即主设备通过改变NSS的电平来选择特定的从设备。当NSS为高电平时，从设备被选中；低电平时，从设备被解除选择，进入非活动状态。SCK是时钟线，它决定了数据传输的速率，而MISO和MOSI则分别负责数据的接收和发送。SPI通信是异步的，但数据传输在时钟信号的上升沿进行，这样确保了数据的准确接收和发送。 举例来说，当主机和从机都准备好并初始化后，如主机的数据缓冲区sbuff = 0xaa（10101010）和从机的数据缓冲区sbuff = 0x55（01010101），在8个时钟周期内会发生以下数据交换： 1. 第1个时钟周期：主机的sbuff的最低位（0）通过MOSI发送，从机的MISO接收，NSS保持高电平（选择从机）。 - 主机SBUFF：000-0101010100101010100 - 从机SDO：10101010x1010101101（数据接收到1） 2. 接下来的7个时钟周期，依次将主机sbuff的其他7位发送，每个时钟上升沿发送一位，下降沿接收，高位优先。 这个过程持续到第8个时钟周期，最后一位（高位）0发送完成后，SPI通信完成一个完整的数据包交换。通过这种方式，SPI协议能够在有限的引脚数量和时间内实现高效的数据传输，尤其适合于需要大量并行外设连接的系统，如物联网、嵌入式系统和微控制器应用。理解SPI协议的工作原理和时序对于设计和维护这些系统至关重要。