SPI接口中的SCLK、MOSI、MISO、CS是干嘛的

SPI（Serial Peripheral Interface）接口是一种同步串行通信协议，由摩托罗拉公司开发，用于短距离、高速数据传输。它采用主从架构，通常包含 4 条信号线：SCLK、MOSI、MISO、CS。以下是各信号线的详细功能及工作原理：

一、SPI 接口的基本组成

SPI 通信至少需要一个主设备（Master）和一个从设备（Slave），典型应用场景包括 MCU 与传感器、存储器、显示屏等外设的通信。

二、各信号线的功能

1. SCLK（Serial Clock）—— 串行时钟线

• 功能：由主设备产生的时钟信号，控制数据传输的时序和速率。

• 特点：

• 时钟频率决定了数据传输速度，常见范围从几百 kHz 到几十 MHz。

• 主设备完全控制 SCLK 的频率和极性（CPOL）、相位（CPHA）。

2. MOSI（Master Out Slave In）—— 主出从入线

• 功能：主设备向从设备发送数据的通道。

• 特点：

• 单向传输，数据从主设备的输出端流向从设备的输入端。

• 主设备在 SCLK 的上升沿或下降沿（取决于 CPHA）将数据放到 MOSI 线上。

3. MISO（Master In Slave Out）—— 主入从出线

• 功能：从设备向主设备返回数据的通道。

• 特点：

• 单向传输，与 MOSI 方向相反。

• 从设备在 SCLK 的上升沿或下降沿（取决于 CPHA）将数据放到 MISO 线上。

4. CS（Chip Select）—— 片选线

• 功能：主设备用于选择具体与哪个从设备通信的信号线（低电平有效）。

• 特点：

• 每个从设备都有独立的 CS 线，主设备通过拉低某个从设备的 CS 线来激活它。

• 当 CS 为高电平时，从设备处于未选中状态，不响应主设备的通信请求。

三、SPI 的工作原理

1. 通信初始化：

• 主设备通过拉低目标从设备的 CS 线，选中该从设备。

• 主设备设置 SCLK 的频率、极性（CPOL）和相位（CPHA）。

2. 数据传输：

• CPHA=0 时，数据在 SCLK 的第一个边沿（上升沿或下降沿，取决于 CPOL）被采样。

• CPHA=1 时，数据在 SCLK 的第二个边沿被采样。

• 全双工模式：主设备通过 MOSI 发送数据的同时，从设备通过 MISO 返回数据。

• 时钟边沿触发：

3. 通信结束：

• 主设备拉高 CS 线，结束与当前从设备的通信。

四、SPI 模式（CPOL 与 CPHA 的组合）

SPI 有 4 种工作模式，由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定：

五、多从设备通信方式

1. 独立 CS 线：每个从设备使用单独的 CS 线，主设备通过切换 CS 线选择不同从设备。

2. 菊花链（Daisy Chain）：多个从设备串联，MISO 和 MOSI 首尾相连，通过移位寄存器实现数据传输。

六、优缺点

优点：

• 全双工通信，数据传输速率高。

• 接口简单，无需复杂的协议层。

• 支持多从设备（通过独立 CS 线）。

缺点：

• 占用引脚较多（4 线），相比 I²C 更耗资源。

• 没有应答机制，可靠性依赖硬件设计。

• 从设备不能主动发起通信，完全由主设备控制。

七、应用场景

• 传感器数据采集：如加速度计、陀螺仪、温度传感器等。

• 外部存储器读写：如 SPI NOR FLASH、EEPROM。

• 显示模块控制：如 OLED、TFT 显示屏。

• 工业控制：PLC（可编程逻辑控制器）与外围设备通信。

总结

SPI 接口通过 SCLK 提供时序，MOSI 和 MISO 实现数据双向传输，CS 线选择通信对象，形成高效的同步串行通信系统。理解各信号线的功能及 SPI 模式的配置，是设计嵌入式系统通信的基础。

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