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SPI 使用指南

3 Mar 2025
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Serial Peripheral Interface (SPI) 是一种高速、全双工的同步通信总线。由于其实现比较简单，没有专利限制等，因此在各种器件中得到广泛的应用。 SPI 总线是一种行业事实标准，并没有统一的标准化组织，不同厂商在实际应用中演化出多种工作模式。
表 1. 术语定义

术语

定义

注释说明

SPI

Serial Peripheral Interface

串行外设接口

Dual SPI

Dual Serial Peripheral Interface

双路 SPI

Quad SPI

Quad Serial Peripheral Interface

四路 SPI，又称 QSPI

CPOL

Clock polarity

时钟极性

CPHA

Clock phase

时钟相位

模块特性

SPI 总线接口的应用领域：

  • 存储设备：Flash、SD、MMC、EEPROM 等

  • 传感器：温度传感器、压力传感器等

  • ADC/DAC

  • Audio Codec

  • LCD 显示屏幕

  • 触摸屏幕

  • RTC

  • 数字电位计

  • 游戏控制器等

ArtInChip SPI 支持：

  • 全双工、半双工模式

  • DMA 读写模式

  • CPU 读写模式

  • 最高工作频率 100MHz

  • 支持四线制模式：标准 4 线 SPI、DUAL SPI、QUAD SPI

  • 支持三线制模式

  • 数据位传输的模式可配置，CPOL 和 CPHA

标准 4 线 SPI

这是一种四线制的 SPI 连接和工作模式。


4line_standard_spi

图 1. 四线制标准 SPI

DUAL SPI

主机端的 MISO 为 SIO0, MOSI 为 SIO1，常用于 SPI Flash。


dual_spi1

图 2. 四线制 DUAL SPI

QUAD SPI

主机端的 MOSI 为 IO0, MISO 为 IO1, WP 为 IO2, HOLD 为 IO3，常用于 SPI Flash。


quad_spi

图 3. 四线制 QUAD SPI

三线制 SPI

三线制 SPI 常用于工业控制类场景。这种接线方式，主机端使用 MOSI 作为 DIO。


3line_spi1

图 4. 三线制 SPI

CPOL 与 CPHA

CPHA 是时钟相位，CPOL 是时钟极性，两者的不同组合是 SPI 数据传输的不同模式。

CPHA

说明

0

数据采样在第 1 个边沿，数据发送在第 2 个边沿

1

数据采样在第 2 个边沿，数据发送在第 1 个边沿

CPOL

说明

0

空闲状态时，SCK 为低电平

1

空闲状态时，SCK 为高电平

Mode

值

说明

0

CPOL=0, CPHA=0

空闲时，SCK 处于低电平数据采样在上升沿，下降沿保持

1

CPOL=0, CPHA=1

空闲时，SCK 处于高电平数据采样在下降沿，上升沿保持

2

CPOL=1, CPHA=0

空闲时，SCK 处于低电平数据采样在下降沿，上升沿保持

3

CPOL=1, CPHA=1

空闲时，SCK 处于高电平数据采样在上升沿，下降沿保持