SPI工作原理詳解及硬體電路設計

設計之前先了解基本知識和工作原理

概述：SPI(Serial Perripheral Interface),中文是串行外圍設備接口，由Motorola 公司開發並推出的一種串行通訊接口，一般主要應用在MCU和外圍設備之間的通訊，廣泛應用在Flash，模數轉換器，通訊模塊等外圍晶片或者模塊與MCU之間的通訊。

特點：高速(1.受限於最大時鐘頻率2.受限於CPU處理SPI數據的能力；3受限於PCB走線)；

全雙工(兩個數據線可以同時收發)；

主從模式(既可當主機又可當從機工作）；

提供頻率可編程時鐘；

接口：SCK: Serial Clock,作用是主設備往從設備傳輸時鐘信號,控制數據交換及速率;

SS/CS:Slave Select/Chip Select,用於主設備片選從設備，由主設備控制；

SDO/MOSI:Serial Data Output/Master Out Slave In,作用是SPI設備發送數據;

SDI/MISO: Serial Data Input/Master In Slave Out,作用是SPI設備接收數據;

工作模式：有四種工作模式，工作模式是根據CPOL和CPHA邏輯配置而定的。

SPI主模塊和與之通信的外設備時鐘相位和極性應該一致。

時鐘極性CPOL（Clock POLarity）：配置為0時SPI總線空閒為低電平，配置為1時SPI

總線空閒為高電平；

時鐘相位CPHA(Clock PHAse)：配置為0時在SCK第一個跳變沿採樣（上升或下降），

配置為1時在SCK第二個跳變沿採樣（上升或下降）；

工作模式0：當CPHA=0、CPOL=0時

工作模式1：當CPHA=1、CPOL=0時

工作模式2：當CPHA=0、CPOL=1時

工作模式3：當CPHA=1、CPOL=1時

硬體電路設計

系統物理連接：SCK—SCK SDO/MOSI—SDI/MISO SS/CS—SS/CS

實際電路設計：

1.信號線和時鐘線串電阻：終端阻抗匹配：高速信號一般在電路的終端串接小電阻用於阻抗的匹配，TTL

信號阻抗約13，串接33Ω即可，防信號完整性問題；

過ESD測試：用於過ESD測試；

接口防護：當信號線連接外部接口時，在接插件拔插瞬間可能會有高壓，串接電阻可保護IO；

2. 片選信號：是否要接上拉電阻或者下拉電阻，看具體規格書要求；

3. 線能粗則粗，能短則短。減小線路寄生電容，電感(走線長度小于波長的20分之一，最長不要超過75cm;

4. 可以走弧形線就走弧形線；

5. 嚴格用地包絡屏蔽；

6. 如果要求嚴格的話，可以把時鐘線和數據線分開；

信號測試：

1.高低電平值；

2.最大和最新的過衝；

3.正回衝和負回衝；

來源：「https://www.sohu.com/a/392978554_120638422」

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