spi总线工作原理和优缺点 spi总线的通信原理 _知识分享

将微控制器连接到传感器，显示器或其他模块时，您是否考虑过两个设备之间如何通信？他们到底在说什么？他们如何能够相互理解？
电子设备之间的通信就像人类之间的通信，双方都需要说同一种语言。在电子学中，这些语言称为通信协议。幸运的是，在构建大多数 DIY 电子项目时，我们只需要了解一些通信协议。在本系列文章中，我们将讨论三种最常见协议的基础知识：串行外设接口（SPI），内部集成电路（I2C）和通用异步接收器/发送器（UART）驱动通信。
首先，我们将从一些关于电子通信的基本概念开始，然后详细解释 SPI 的工作原理。
SPI，I2C 和 UART 比 USB，以太网，蓝牙和 WiFi 等协议慢得多，但它们更简单，使用的硬件和系统资源也更少。SPI，I2C 和 UART 非常适用于微控制器之间以及微控制器和传感器之间的通信，在这些传感器中不需要传输大量高速数据。

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串行与并行通信
电子设备通过物理连接在设备之间的导线发送数据位来相互通信，有点像一个字母中的字母，除了 26 个字母（英文字母表中），一个位是二进制的，只能是 1 或 0 。通过电压的快速变化，位从一个设备传输到另一个设备。在工作电压为 5V 的系统中，0 位作为 0V 的短脉冲通信，1 位通过 5V 的短脉冲通信。
数据位可以并行或串行形式传输。在并行通信中，数据位是同时发送的，每个都通过单独的线路。下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的并行传输：

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在串行通信中，通过单线逐个发送这些位。下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输：

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SPI 通信简介
许多设备都采用了 SPI 通用通信协议。例如，SD 卡模块，RFID 读卡器模块和 2.4 GHz 无线发送器/接收器都使用 SPI 与微控制器通信。
SPI 的一个独特优势是可以不间断地传输数据。可以连续流发送或接收任意数量的比特。使用 I2C 和 UART，数据以数据包形式发送，限制为特定的位数。启动和停止条件定义每个数据包的开始和结束，因此数据在传输过程中会被中断。
通过 SPI 通信的设备处于主从关系。主设备是控制设备（通常是微控制器），而从设备（通常是传感器，显示器或存储器芯片）接收来自主设备的指令。最简单的 SPI 配置是单主机，单从机系统，但是一个主机可以控制多个从机（下面将详细介绍）。
SPI 是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间。

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（1）MISO– Master Input Slave Output,主设备数据输入，从设备数据输出；
（2）MOSI– Master Output Slave Input，主设备数据输出，从设备数据输入；
（3）SCLK – Serial Clock，时钟信号，由主设备产生；
（4）CS – Chip Select，从设备使能信号，由主设备控制。

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*实际上，从设备的数量受到系统负载电容的限制，受主设备在电压电平之间精确切换的能力。
SPI 如何工作
时钟
时钟信号将来自主设备的数据位输出与从设备的位采样同步。在每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度由时钟信号的频率决定。由于主设备配置并生成时钟信号，因此 SPI 时钟始终为主设备的时钟。
设备共享时钟信号的任何通信协议称为同步。SPI 是一种同步通信协议，还有一些不使用时钟信号的异步方法。例如，在 UART 通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定数据传输的速度和时间。
SPI 中的时钟信号可以使用时钟极性和时钟相位属性进行修改。这两个属性协同工作以定义何时输出以及何时对它们进行采样。时钟极性可由主机设置，以允许在时钟周期的上升沿或下降沿输出和采样。时钟相位也可以由主机设置，以便在时钟周期的第一个边沿或第二个边沿上进行输出和采样，无论是上升还是下降。
从设备选择
主设备可以通过将从设备的 CS / SS 线设置为低电压电平来选择要通话的从设备。在空闲非传输状态中，从选择线保持在高电压电平。主机上可能有多个 CS / SS 引脚，以允许多个从机并联连接。如果只有一个 CS/SS 引脚，则可以通过菊花链将多个从器件连接到主器件。