一起玩儿物联网人工智能小车（ESP32）——58. SPI总线协议初探（二）_esp32 三线spi

摘要：介绍SPI总线的基本知识

在前边一篇文章中，介绍了SPI总线的基本知识，最后讲到了SPI总线的4种模式，今天继续阐述一下这四种模式，作为一个开发人员，看时序图是必须要掌握的一项技能，下面就通过时序图来加深一下对SPI总线的4种工作模式的理解。

模式0（CPOL=0，CPHA=0）：

当CPOL=0、CPHA=0时，在上图中可以看到，当CS信号无效（高电平）时，时钟信号SCK是低电平的。CPHA=0则标识数据采样在第一个时钟上升沿，这时应保证数据的稳定，而数据的输出在时钟的下降沿。

模式1（CPOL=0，CPHA=1）：

当CPOL=0、CPHA=1时，在上图可以看到，当CS信号无效时，时钟信号SCK是低电平的。这与前一种情况是相同的，而不同点在于，当CPHA=1时，下降沿为数据采样时刻，此时应保持数据稳定，而上升沿是数据输出时刻，可以根据需要改变输出数据的电平。

当CPOL为1时，SCK时钟信号在CS无效的时候是高电平的，这是与之前两种情况有区别的地方，CPHA=0表示在第一个变化沿，也就是下降沿的时候进行数据采样，那么上升沿就是数据输出时刻，可以改变输出数据的电平。

这个应该就不用再解释了。按照前边的说明，应该很容易的就可以看懂了。现在总结一下看SPI时序图的要点：

1. 首先看最左端当CS无效时SCK的状态。如果SCK为高电平，那么就说明CPOL为1，如果SCK为低电平，那么CPOL为低。
2. 判断CPHA的时候，需要看SCK的第几个脉冲沿对应着数据线（MOSI和MISO）的稳定状态（平行状态）。如果是SCK的第一个跳变沿，对应数据线的稳定状态，那么CPHA就是0，如果是第二个跳变沿对应数据的稳定状态，那么CPHA就是1。

这个看图的技能是必须要掌握的，因为有些功能模块的说明书可能不会明确告诉你是模式几，而时序图是一定会有的，这时候就需要你根据时序图去选择正确的SPI工作模式，这样才能和设备实现正确的通信。

下面来总结一下SPI总线的优缺点：

1. 在点对点的通信中，SPI总线不需要进行寻址操作，并且是全双工通信，简单且高效。
2. 在与多个从设备通信时，每个从设备需要有独立的片选信号，因此在硬件上比IIC复杂，占用的GPIO引脚要多。特别是有比较多的从设备时，需要很多的片选信号。
3. SPI总线和IIC总线一样，没有流控机制。
4. SPI总线协议没有应答确认是否收到数据，如果需要相应的确认功能，则需要从软件上想办法。

下面来了解一下ESP32芯片中的SPI通信设备的情况。ESP32芯片一共有4个SPI设备。其中SPI0和SPI1是专有SPI，SPI0是私有的SPI设备，被用于系统主flash操作，不对用户开放。SPI1只能用于主机模式，引脚与SPI0共用，用于操作系统主flash。SPI0与SPI1共用同一个总线判决器。SPI2和SPI3是通用SPI，给用户使用，可以用于驱动外部设备。SPI2也叫做HSPI，SPI3也叫做VSPI。SPI2和SPI3的引脚可以任意安排。并且每个SPI可以使用三个片选线。意味着每个SPI外设可以同时驱动三组设备。

ESP32的SPI支持三线SPI、四线标准SPI、Dual SPI和Quad SPI等工作模式。三线SPI是把MISO和MOSI总线进行了合并。同一时间只能进行单方向的读或者写。是半双工的通讯。Dual SPI是四线半双工的SPI通讯。Quad SPI是六线半双工的SPI通讯。现阶段，没有特殊声明的都是四线标准SPI，其他的等用到的时候再做详细的介绍。

Arduino也提供了标准的SPI类来进行SPI通信，现在就来看一下该如何使用这个SPI类。 1. 因为SPI是一个单独的类，首先需要引入头文件“SPI.h”，具体代码如下所示：

#include <SPI.h>

2. 接着就是SPI对象的初始化了。同其他很多对象一样，就是调用其begin()方法。在这个方法中，会自动将SCK、MOSI和SS设置为输出状态，并且将SCK和MOSI设置为低电平，SS设置为高电平。

3. 如果需要修改SPI通信的默认参数，可以使用其beginTransaction()方法，这个方法需要传递一个SPISettings对象，在SPISettings对象中可以定义SPI通信的最大传输速率、串行化顺序（高位在前还是低位在前）、还有具体使用哪一种传输模式。

注意，这个方法要在初始化begin()方法之后执行。

4. 接下来，就可以使用transfer()方法进行收发数据了。这个方法的参数为要发送的数据，而返回值为接收到的数据。也就是说，收发数据都是使用这一个方法。

5. endTransaction()这个方法用来释放SPI总线，该方法通常在将片选信号置为无效后使用。

在这里需要提醒的是，当工作在主机模式时，片选信号是需要单独控制的，在收发数据之前或之后，可以改变片选引脚的输出状态。

好了，关于SPI的基本知识就介绍到这里了，接下来的几篇文章，会介绍一下SPI的简单应用。敬请关注！