SPI（Serial Peripheral Interface） 接口根據時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）的不同組合，共有 4種工作模式。這些模式決定了數據采樣和傳輸的時序關系，是SPI通信中必須正確配置的關鍵參數。以下是詳細解析：

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1. SPI的4種工作模式

SPI模式由兩個參數定義：

• CPOL（Clock Polarity）：時鐘空閑時的電平狀態。
  • CPOL=0：空閑時為低電平。
  • CPOL=1：空閑時為高電平。
• CPHA（Clock Phase）：數據采樣的時鐘邊沿。
  • CPHA=0：在時鐘的第一個邊沿（上升沿或下降沿）采樣數據。
  • CPHA=1：在時鐘的第二個邊沿采樣數據。

組合后形成4種模式：

模式	CPOL	CPHA	空閑時鐘	數據采樣邊沿	數據切換邊沿
Mode 0	0	0	低電平	第一個上升沿（SCK從低→高）	下降沿（SCK從高→低）
Mode 1	0	1	低電平	第一個下降沿（SCK從高→低）	上升沿（SCK從低→高）
Mode 2	1	0	高電平	第一個下降沿（SCK從高→低）	上升沿（SCK從低→高）
Mode 3	1	1	高電平	第一個上升沿（SCK從低→高）	下降沿（SCK從高→低）

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2. 模式對比與波形示例

Mode 0（最常用）

• 波形特點：
  • 空閑時SCK為低電平。
  • 數據在SCK上升沿被采樣，下降沿切換。
• 典型應用：多數傳感器（如BME280）、FLASH芯片（如W25Q64）。

Mode 1

• 波形特點：
  • 空閑時SCK為低電平。
  • 數據在SCK下降沿被采樣，上升沿切換。
• 典型應用：部分ADC芯片（如MCP3008）。

Mode 2

• 波形特點：
  • 空閑時SCK為高電平。
  • 數據在SCK下降沿被采樣，上升沿切換。
• 典型應用：較少見，某些特定射頻模塊。

Mode 3

• 波形特點：
  • 空閑時SCK為高電平。
  • 數據在SCK上升沿被采樣，下降沿切換。
• 典型應用：部分EEPROM（如AT25系列）。

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3. 如何選擇SPI模式？

1. 查閱器件手冊：從設備的SPI模式是固定的，必須與主設備匹配。
   • 例如：BMP280傳感器默認Mode 0，而ADXL345支持Mode 0和Mode 3。
2. 觀察時序圖：
   • 確認數據采樣邊沿與時鐘極性/相位的對應關系。
3. 實驗調試：
   • 若通信失敗，可嘗試切換模式（常見錯誤：Mode 0與Mode 3混淆）。

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4. SPI的其他關鍵配置

除了模式，還需配置以下參數：

• 時鐘頻率（SCK）：從設備支持的最大頻率（如10 MHz）。
• 數據位順序（MSB/LSB First）：通常MSB優先。
• 片選信號（CS）：高電平有效或低電平有效。

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5. 代碼示例（STM32配置SPI Mode 0）

// STM32 HAL庫配置SPI Mode 0
SPI_HandleTypeDef hspi;
hspi.Instance = SPI1;
hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;   // CPOL=0
hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;       // CPHA=0
hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_32;
HAL_SPI_Init(&hspi);

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6. 常見問題

• 模式不匹配：主從設備模式不一致導致數據讀取錯誤。
• 時鐘頻率過高：從設備無法響應，表現為數據丟失。
• 片選信號未控制：未拉低CS導致通信無響應。

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總結

SPI的4種模式通過CPOL和CPHA組合定義，需嚴格匹配從設備要求。Mode 0和Mode 3最為常見，Mode 1和Mode 2多用于特定器件。配置時務必結合時序圖和手冊驗證！