一、SPI协议概述SPISerial Peripheral Interface串行外设接口是一种高速、全双工、同步的通信总线。相比于 I2C 协议SPI 具有更高的传输速率广泛应用于 OLED 屏幕、闪存SPI Flash、加速度传感器如 ADXL345等外设的通信。1. SPI 物理引脚定义SPI 采用主从Master-Slave架构通常包含 4 条信号线CS / SS (Chip Select / Slave Select)片选信号线低电平有效。主机通过拉低对应从机的 CS 引脚来选择要通信的从机。SCLK (Serial Clock)串行时钟线由主机产生用于同步数据传输。MOSI (Master Output Slave Input)主机输出/从机输入数据线。MISO (Master Input Slave Output)主机输入/从机输出数据线。二、常见通讯协议对比 (UART vs I2C vs SPI)特性UARTI2CSPI通讯方式全双工、异步半双工、同步全双工、同步信号线数量2条TXD, RXD2条SCL, SDA4条SCLK, MOSI, MISO, CS传输速率低通常 9600~115200 bps100 kHz ~ 3.4 MHz1 MHz ~ 几百 MHz数据传输顺序低位先行 (LSB First)高位先行 (MSB First)高位先行 (MSB First如 OLED 指令 0xAC1010 1100)三、SPI 时钟极性与相位 (4种工作模式)SPI 的工作模式由两个关键参数决定CPOL时钟极性和CPHA时钟相位。CPOL (Clock Polarity - 时钟极性)指定总线空闲时 SCLK 的电平状态。CPOL 0空闲时 SCLK 为低电平。CPOL 1空闲时 SCLK 为高电平。CPHA (Clock Phase - 时钟相位)指定数据采样的边沿。CPHA 0在 SCLK 的第一个边沿采样。CPHA 1在 SCLK 的第二个边沿采样。SPI 的 4 种模式组合1.Mode 0 (CPOL0, CPHA0)空闲时 SCLK 为低电平在上升沿采样。2.Mode 1 (CPOL0, CPHA1)空闲时 SCLK 为低电平在下降沿采样。3.Mode 2 (CPOL1, CPHA0)空闲时 SCLK 为高电平在下降沿采样。4.Mode 3 (CPOL1, CPHA1)空闲时 SCLK 为高电平在上升沿采样。四、SPI 读写机制读即是写写即是读SPI 是全双工总线内部通过移位寄存器Shift Register逐位交换数据。写数据主机将数据写入 TXFIFO通过移位寄存器在 MOSI 上发出的同时也会从 MISO 接收数据入 RXFIFO。读数据SPI 通信中读取必须依赖发送。当主机需要从从机读取数据时必须向从机发送一个哑字节/占位符 (Dummy Byte)如 0xFF 或 0x00从而驱动 SCLK 时钟产生以顺带接收从机在 MISO 上返回的数据。典型读写流程1.SPI 写寄存器流程拉低 CS→发送寄存器地址→发送要写入的数据→拉高 CS2.SPI 读寄存器流程拉低 CS→发送寄存器地址→发送 Dummy 字节 (0xFF/0x00)→读取从机回复的数据→拉高 CS五、实例应用ADXL345 三轴加速度传感器数据解析1. 参数与测量范围分辨率13 位分辨率数值范围0∼213−1即 0∼8191加速度量程±16g总跨度为 32g其中g9.8 m/s2刻度因子 (Scale Factor)单步灵敏度213−132g​≈0.0039g/LSB2. 原始数据转换为加速度值计算公式从 ADXL345 读取到各轴原始采样值后乘以刻度因子0.0039即可得到实际加速度单位gX轴加速度Xg​X_RAW×0.0039示例若测得XRAW​123则X123×0.0039≈0.4797gY轴加速度Yg​Y_RAW×0.0039示例若测得YRAW​200则Y200×0.00390.78gZ轴加速度Zg​Z_RAW×0.0039示例若测得ZRAW​300则Z300×0.00391.17g六、总结1.SPI 是一种高速全双工协议适合大数据量、高速率的设备通信。2.掌握 CPOL 和 CPHA 的组合是正确配置单片机/ARM 硬件 SPI 或模拟 SPI 的关键。3.牢记“读即是写”的特点在读取从机数据时必须先发送 Dummy 字节驱动产生时钟脉冲。