15张图详解四线制SPI通讯
内容提要
SPI是一种常用的外设接口，用于微控制器和外围IC之间的通信。SPI接口可以是3线式或4线式，支持高时钟频率和多从机配置。使用SPI控制的开关可以减少所需GPIO的数量，节省空间。
延伸解读
SPI模式选择：CPOL与CPHA的配合
SPI通信中，主机必须根据从机的要求设置时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA），组合成四种模式。CPOL决定空闲时时钟电平，CPHA决定数据在上升沿还是下降沿采样。文章强调，用户需查阅产品数据手册以确保时序匹配，否则通信可能失败。这提醒开发者，模式选择不是随意的，必须严格遵循从机规格。
多从机连接：常规模式与菊花链的权衡
常规模式下，每个从机需要独立的片选信号，从机数量增加会快速消耗主机GPIO。菊花链模式将所有从机片选连在一起，数据依次传播，节省引脚但传输时间随从机位置增加。例如8位系统中，第3个从机需要24个时钟脉冲，而常规模式只需8个。文章指出并非所有器件支持菊花链，需查数据手册确认。
SPI开关如何减少GPIO占用
传统开关每个控制输入都需要一个GPIO，例如四个ADG1412需要16个GPIO。使用SPI控制的开关（如ADGS1412）可将所需GPIO降至7个，菊花链配置下甚至只需4个。这避免了外加串行转并行转换器的物料清单开销。文章案例显示，在6层板上采用4×8交叉点配置时，SPI开关可节省20%的总电路板空间。
Q&A
四线制SPI接口具体是哪四根信号线？
四线SPI包括：时钟信号（SPICLK/SCLK）、片选信号（CS，主机输出）、从机输入（MOSI，主机输出从机输入）、从机输出（MISO，从机输出主机输入）。
SPI通信中主机如何选择从机？片选信号的有效电平是什么？
主机通过片选信号（CS）选择从机，片选通常为低电平有效：拉低时选中从机，拉高时从机与总线断开。多从机时每个从机需独立的片选信号。
SPI有哪四种工作模式？它们由什么决定？
SPI模式由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）组合决定，共有四种模式：模式0（CPOL=0, CPHA=0）、模式1（CPOL=0, CPHA=1）、模式2（CPOL=1, CPHA=1）、模式3（CPOL=1, CPHA=0）。CPOL设置时钟空闲电平，CPHA选择采样边沿。
多个从机连接SPI主机时，常规模式和菊花链模式有什么区别？
常规模式：主机为每个从机提供单独的片选信号，数据线共用，但片选线数量随从机增加而增加。菊花链模式：所有从机片选连在一起，数据从一个从机传到下一个，所需时钟周期与从机位置成比例（如8位系统中第3个从机需24个时钟），且并非所有SPI器件都支持菊花链。
使用SPI控制的开关相比传统GPIO控制有哪些优势？
SPI控制开关可显著减少所需GPIO数量，消除外加串行转并行转换器的开销。例如4个ADGS1412开关仅需7个GPIO（传统需16个），菊花链配置下无论多少开关都只占用主机4个GPIO。在6层板4×8交叉点配置中，ADI的SPI开关可节省20%的总电路板空间。
SPI接口相比I2C接口有什么主要优势？
SPI接口支持更高的时钟频率，且为同步全双工通信，主机和从机可同时发送和接收数据。
