spi协议时序图和四种模式_spi时序

一、spi四种模式详解

不同的模式采集数据的方式是不一样的。
一般内置SPI的单片机上，都有两个寄存器配置位CPOL和CPHA
我们拿STM32单片机来举例，可以通过结构体成员配置。

这是通过固件库直接配置，固件库的底层也是配置相应的寄存器。



CPOL：时钟极性
CPHA：始终相位

CPOL和CPHA的作用。

CPOL就是决定SCLK这根时钟信号线，在没有数据传输时候的电平状态（空闲的时候）

CPOL = 0：空闲状态时，SCLK保持低电平

CPOL = 1：空闲状态时，SCLK保持高电平

CPHA就是决定数据位传输是从第一个时钟（SCLK）边沿开始，还是从第二个时钟（SCLK）边沿开始

CPHA = 0：数据从第一个时钟（SCLK）边沿开始传输数据

CPHA = 1：数据从第二个始终（SCLK）边沿开始传输数据

CPOL与CPHA组合的四种模式

CPOL和CPHA合体就形成了SPI四种模式。

1、模式0（CPOL = 0， CPHA = 0）

模式0特性：
CPOL = 0：空闲时是低电平，第一个跳变沿是上升沿，第二个跳变沿是下降沿
CPHA = 0：数据在第一个跳变沿（上升沿）采样

2、模式1（CPOL = 0， CPHA = 1）

模式1特性：
CPOL = 0：空闲时是低电平，第一个跳变沿是上升沿，第二个跳变沿是下降沿
CPHA = 1：数据在第二个跳变沿（下降沿）采样

3、模式2（CPOL = 1， CPHA = 0）

CPOL = 1：空闲时是高电平，第一个跳变沿是下降沿，第二个跳变沿是上升沿
CPHA = 0：数据在第一个跳变沿（下降沿）采样

4、模式3（CPOL = 1， CPHA = 1）

CPOL = 1：空闲时是高电平，第一个跳变沿是下降沿，第二个跳变沿是上升沿
CPHA = 1：数据在第二个跳变沿（上升沿）采样

模式不同就是：空闲时间的电平状态和数据采样的起点不同

spi时序图详解

以W25Q64这个Flash芯片举例

• 这种芯片在SPI通信里都是作为从机的角色，也就SPI Slave。一般由单片机或者其它处理器作为主控和它通信，SLCK时钟也是由主控发出。
  下面是W25Q64读数据指令的时序图：
  

1.先确定芯片支持什么SPI哪种模式读写数据

确定了使用哪种模式，单片机才能确定数据采集的方式，主控和从机要保持一致。
如果有些芯片的数据手册是没有告诉是哪种模式时，需要自己看时序图分析

第一步：

• 通过时序图分析CLK空闲时的电平状态。图上显示，空闲时高低电平都可。先用低电平分析

第二步：

• 分析DI和DO是在时钟的上升沿还是下降沿采集数据。（DI代表从机MISO）（DO代表从机MOSI）
• 主要是通过DI与DO在数据有效区时，CLK时上升沿还是下降沿来判断

什么是数据有效区？

红色框起来的区域就是数据有效区。

• 一般数据是通过DI和DO两个引脚传输的，所以有效区就是，这两个引脚的值只能是高电平或者低电平
• 相当于有效区的电平就是最终要传输的数据位，低电平代表0，高电平代表1
• 传输8个位，代表1个字节的数据

什么是无效数据区？

上图蓝色框的区域就是无效数据区

• 这个时刻CLK数据采集的时钟还没有到来，所以DI和DO引脚的电平是可变的

需要关心是的DI和DO在数据有效区的时候，CLK是上升沿还是下降沿。

从上图可以看出

• DI和DO在数据有效区时，CLK是上升沿。在CLK是下降沿时，DI和DO引脚电平是可以变化的

所以就只有模式0和模式3可以满足当前从机的时序逻辑。

分析整体时序

W25Q64这个Flash芯片读取存储的数据。

把整个时序按CLK脉冲顺序拆分成3个部分：

①读指令：

• 读指令数据是在W25Q64的DI引脚产生的，DI相当于W25Q64的MISO，就是接受单片机发送过来的数据

• 这个读指令(0x03)是单片机发给W25Q64的。

• 0x03内拆分为8个Bit在DI引脚上传输，每个CLK传输一位Bit

②24位地址

• 发完读指令之后，单片机继续发24位的内存地址，相当于单片机要读取W25Q64哪个内存地址的数据
• 这个数据的地址是由单片机确定的，不是固定的。数据位可以是高电平，也可以是低电平

③单片机接收数据

• 这个时候通信双方的角色就变了，单片机变成数据的接收方了，W25Q64变成数据的发送方
• 数据从W25Q64的DO引脚发送（MOSI）
• 通过时序，单片机就可以读取到存储在W25Q64中存储的数据

单片机程序注意

51单片机一般没有内置SPI模块，所以整个时序需要自己写程序去模拟，简称模拟SPI。
而STM32单片机一般有内置SPI，就不用自己写程序去模拟时序，直接应用。

但是如果用内置SPI有一个细节，特别容易被忽略，就是你读数据的时候，读一个字节之前要先发一个字节任意值数据。（哑数据）

发送一个字节的哑数据是为了维持主从设备之间的通信时序同步，确保数据的可靠传输。这个细节容易被忽略，但它在SPI通信中非常重要。

引用无极单片机的教程