说明

串行外设接口（SPI）常被用于单片机和小型外围设备之间的通讯,如移位寄存器、传感器、SD卡. 它使用单独的时钟和数据线，以及一个片选信号线。

串口有什么问题？

    一个普通的串行口(有TX和RX信号线的那种)，被称为“异步”口（不同步） 由于没时钟线，无法保证通讯双方以相同的步调收发数据。然而电脑通常依赖于一个单一的“时钟” （电脑内部的石英晶体，驱动这个“时钟”），两系统用略有不同的时钟来互相通讯，会带来一些问题。

    要解决这一问题，异步串行连接为每个字节添加了额外的启动和停止位， 以便接收机收到数据时重新“同步”。双方还必须事先约定一致传输速率（如9600比特每秒）。 传输率略有差异是没有问题的，因为接端在每个字节的开始时会重新同步。

    （顺便说一下，你可能注意到了上图中的“11001010”不等于0x53， 感谢你关注细节。串行协议常常会首先发出的最低有效位，所以最低的位是在左边。低半字节是0011 = 0x3， 上半字节是0101 = 0x5:。）

    异步串行工作得很好，但有需要为每个字节数据增加额外开销（启动和停止位）， 并要求由复杂的硬件来实现。另外，你可能已经注意到，在你自己的项目，如果双方没有设置为相同的速度， 接收到的将是垃圾数据。这是因为接收器是在特定的时间点采样的（上图中的箭头）。如果接收器采样的 时间点错了，它会看到错误的数据位。

同步的解决方案

    SPI工作方式略有不同，它是一个“同步”数据总线，这意味着它使用单独的时钟线， 使双方在完全同步。时钟振荡信号，告诉接收机什么时候采样数据线。这可能是在时钟信号的上升沿（低到高） 或下降（高到低），器件的《数据手册》会给出这一选项。当接收器检测到时钟的边缘，它会立即看一下数据 线,读出数据（见下图箭头）。因为时钟是和数据一起发送，其速度并不重要，当然这仍要设备可以操作极限 限制（后面，我们将讨论如何选择适当的时钟边缘和速度）。

    ，SPI是如此流行的原因之一是，接收硬件可以是一个简单的 移位寄存器。 相比异步串口的UART（通用异步接收器/发送器）这是一个非常简单（便宜！）的硬件。

接收数据

    你可能会想到，这个用在单向通信的场合，听起来挺棒的， 但是我们如何向相反的方向发送数据呢？这就使事情变得稍微有点复杂了。

    在SPI，只有一方产生时钟信号（通常称为CLK或SCK串行时钟）。 产生时钟的一侧称为“主机”，而另一边是被称为“从机”。只有一个主机（一般是你的单片机）， 但可以有多个从机。

    当数据从主机发送从机时，它使用的数据线叫做MOSI（Master Out / Slave In）， 如果从机需要发送一个响应给主机，主机会继续产生预定数量的时钟周期，从机将数据传输到第三根信号线上， 这根信号线被称作MISO（Master In / Slave Out）。

    注意我们上面的描述中说的“预定”。因为时钟信号总是由主机产生， 它必须预先知道当从机需要返回数据，有多少数据将返回。这点同异步串口不同，异步串口数据可随时向任一方向发送。 在实践中，这不成问题，SPI一般用来同类似传感器一类的设备通讯，如果你发送的命令“读取数据”， 你知道装置总是会向你返回两个字节。（如果你想返一组变长数据，你可以在命令中指定数据的长度，然后一次取回全部数据。）

    注意，SPI是“全双工”（有单独的发送和接收线）的，因此，在某些情况下， 您可以同时发送和接收数据（例如，请求传感器准备一个新的数据的同时读出前面检索的数据）。 如有这可能，您的设备的《数据手册》会描述的。

从机选择（SS）

    还有最后一条信号线需要了解——SS（从机选择）。这个信号告诉从机应该醒来接收/发送数据， 也可用来从多个从机中选择一个通讯目标机。

    SS线通常在高电平时，从SPI总线断开从机。（这种逻辑称为“低电平有效”， 一些启动和复位线往往也使用这种逻辑。）要向从机发送数据，先拉低SS线，激活了从机。使用完从机，SS线又被拉高。 对于一个移位寄存器，这相当于“锁存”输入，将接收到的数据锁定到输出线。

多个从机

    连接多个从机的SPI总线有两种方式：

1. 一般来说，每个从机都需要一个单独的SS线。要跟一个特定的从机通讯，就把对应的SS线拉低， 把其余SS线拉高（你不想同时激活两个从机，他们同时驱动MISO线会造成乱码）。 大量从机需要大量SS线；可以使用二进制解码芯片减少所需MCU引脚数。

1. 另外一些场合，可以使用菊花链连接，用前一个设备的MISO（输出）链接下一个设备的MOSI（输入）。 在这种情况下，只需要一个单一的SS线去控制全部从机。

    需要注意的是，这种布局中，数据从前一个从机溢出，“流”到下一个从机，所以为了将数据传送到 任何一个从机，你将需要发送足够的数据，来保证数据能达到所有从机。还有，记住， 你最先发送的数据，将“流”向最后的从机。

    这种布局通常用于只有输出的场合，如驱动LED，你不需要接受任何数据回复。 在这些情况下你可以断开主机的MISO线断开。然而，如果数据需要返回到主机，你可以通过闭合菊花链的循环 （在上面的图中蓝线）。注意，从机1的数据将需要通过所有其他从机才能回到主机， 所以一定要有足够时钟数来刷出数据。