SPI（Serial Peripheral Interface）是串行外設接口的縮寫，是一種廣泛應用于嵌入式系統的高速同步串行通信協議，由摩托羅拉公司于20世紀80年代提出。以下是其核心要點：
一、SPI的核心定義與特點
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基本特性
- 全雙工同步通信：支持同時發送和接收數據，通過主設備提供的時鐘（SCLK）實現精確時序同步。
- 主從架構：一個主設備（Master）控制一個或多個從設備（Slave），通過片選信號（SS/CS）選擇通信對象。
- 四線制接口：包括SCLK（時鐘）、MOSI（主發從收）、MISO（主收從發）、SS（片選）四根信號線，硬件連接簡單。
- 高速傳輸：無固定速率限制，實際應用中可達10 Mbps甚至更高。
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工作原理
- 數據交換：主從設備通過移位寄存器實現數據交換，每個時鐘周期傳輸1位數據，通常從最高位（MSB）開始。
- 片選機制：主設備通過拉低對應從設備的SS信號線激活通信，避免多從機數據沖突。
- 無流控與尋址：SPI不定義應答機制或地址方案，需通過片選信號和時序協議控制通信。
二、SPI的四種工作模式
SPI的通信模式由**時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）**組合決定：
- CPOL：定義時鐘空閑狀態電平（0=低電平，1=高電平）。
- CPHA：定義數據采樣邊沿（0=第一個邊沿采樣，1=第二個邊沿采樣）。
| 模式 | CPOL | CPHA | 特點（以空閑狀態為起點） |
|---|---|---|---|
| Mode0 | 0 | 0 | 上升沿采樣，下降沿輸出數據 |
| Mode1 | 0 | 1 | 下降沿采樣，上升沿輸出數據 |
| Mode2 | 1 | 0 | 下降沿采樣，上升沿輸出數據 |
| Mode3 | 1 | 1 | 上升沿采樣，下降沿輸出數據 |
主從設備必須配置相同模式，否則通信失敗。
三、SPI的典型應用場景
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嵌入式系統外設連接
- 存儲器：如EEPROM、FLASH的讀寫操作。
- 傳感器與ADC/DAC：如溫度傳感器、加速度計、模數/數模轉換器。
- 顯示與通信模塊：如LCD驅動器、CAN控制器（如NX8615）。
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工業與消費電子
- 汽車電子、醫療設備、智能家居等需要高速數據傳輸的場景。
四、SPI的優缺點
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 全雙工高速傳輸，效率高 | 無內置流控和應答機制，可靠性依賴硬件設計 |
| 硬件實現簡單，成本低 | 需多根信號線（相比I2C） |
| 支持靈活時序配置 | 僅支持單主設備，擴展性受限 |
| 無需地址編碼 | 片選信號占用較多引腳（多從機時） |
總結
在電子工程領域，SPI主要指串行外設接口協議，其核心價值在于提供高效、靈活的設備間通信方式。理解其工作模式與硬件配置是嵌入式開發的關鍵基礎。
