模拟对话52-09，2018年9月
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analog.com/cn/analogdialogue
串行外设接口(SPI)是微控制器和外围IC（如传感器、ADC、DAC、
移位寄存器、SRAM等）之间使用最广泛的接口之一。本文先简
要说明SPI接口，然后介绍ADI公司支持SPI的模拟开关与多路转换
器，以及它们如何帮助减少系统电路板设计中的数字GPIO数量。
SPI是一种同步、全双工、主从式接口。来自主机或从机的数据在
时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据。SPI接
口可以是3线式或4线式。本文重点介绍常用的4线SPI接口。
接口
数据传输
要开始SPI通信，主机必须发送时钟信号，并通过使能CS信号选择
从机。片选通常是低电平有效信号。因此，主机必须在该信号上
发送逻辑0以选择从机。SPI是全双工接口，主机和从机可以分别
通过MOSI和MISO线路同时发送数据。在SPI通信期间，数据的发送
（串行移出到MOSI/SDO总线上）和接收（采样或读入总线(MISO/
SDI)上的数据）同时进行。串行时钟沿同步数据的移位和采样。SPI
接口允许用户灵活选择时钟的上升沿或下降沿来采样和/或移位数
据。欲确定使用SPI接口传输的数据位数，请参阅器件数据手册。
时钟极性和时钟相位
在SPI中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。在空闲状态期
间，CPOL位设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时CS为
高电平且在向低电平转变的期间，以及传输结束时CS为低电平且
在向高电平转变的期间。CPHA位选择时钟相位。根据CPHA位的状
态，使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根
据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据CPOL和CPHA位的选
择，有四种SPI模式可用。表1显示了这4种SPI模式。
表1. 通过CPOL和CPHA选择SPI模式
图2至图5显示了四种SPI模式下的通信示例。在这些示例中，数据
显示在MOSI和MISO线上。传输的开始和结束用绿色虚线表示，采
样边沿用橙色虚线表示，移位边沿用蓝色虚线表示。请注意，这
些图形仅供参考。要成功进行SPI通信，用户须参阅产品数据手册
并确保满足器件的时序规格。
4线SPI器件有四个信号：
�时钟(SPI CLK, SCLK)
�片选(CS)
�主机输出、从机输入(MOSI)
�主机输入、从机输出(MISO)
产生时钟信号的器件称为主机。主机和从机之间传输的数据与
主机产生的时钟同步。同I
2
C接口相比，SPI器件支持更高的时钟
频率。用户应查阅产品数据手册以了解SPI接口的时钟频率规格。
SPI接口只能有一个主机，但可以有一个或多个从机。图1显示了
主机和从机之间的SPI连接。
来自主机的片选信号用于选择从机。这通常是一个低电平有效信
号，拉高时从机与SPI总线断开连接。当使用多个从机时，主机需
要为每个从机提供单独的片选信号。本文中的片选信号始终是低
电平有效信号。
MOSI和MISO是数据线。MOSI将数据从主机发送到从机，MISO将数
据从从机发送到主机。
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SPI接口简介
作者：Piyu Dhaker
SPI
Master
CS
SCLK
MOSI
MISO
CS
SCLK
SDI
SDO
SPI
Slave
图
1.
含主机和从机的
SPI
配置。
SPIఇ๕ CPOL CPHA
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