怎样理解SPI总线时钟的极性(CPOL)与相位(CPHA)？

在单片机与外围设备的通信中，SPI总线是一种常用的通信方式。SPI是英文"Serial Periphral Interface"的缩写，中文翻译为"串行外围设备接口"。今天这篇文章，我们就来谈谈SPI通信的原理，并详细讨论下总线时钟的极性与相位。

SPI（Serial Periphral Interface）最早是由摩托罗拉公司设计并实现，它是一种高速的、全双工的通信总线，采用主机（Master）-从机（Slave）的方式进行通信。SPI占用芯片的四个引脚，也就是说采用四条信号线来进行通信。这四条线分别是：主设备输入与从设备输出线（Master In Slave Out，MISO）；主设备输出与从设备输入线（Master Out Slave In，MOSI）；串行同步时钟信号线（Serial Clock，SCK）；外围设备片选信号线（Slave Selection，SS）。

SPI总线的主机和从机都有一个移位寄存器，当主机向自己的移位寄存器写入数据时，数据会通过MOSI信号线进入到从机的移位寄存器；同时，从机移位寄存器里的数据，通过MISO信号线进入到主机的移位寄存器。这样，主机和从机就完成了一次数据交换。下面这张图，是SPI通信的简明原理图：

SPI数据的传输是在串行同步时钟信号（Serial Clock,SCK）的控制下进行的。主机的时钟发生器一方面控制主机的移位寄存器，另一方面通过从机的SCK信号线来控制从机的移位寄存器，从而保证主机与从机的数据交换是同步进行的。

SPI串行同步时钟可以设置为不同的极性（Clock Polarity ，CPOL）与相位（Clock Phase ，CPHA）。

时钟的极性（CPOL）用来决定在总线空闲时，同步时钟（SCK）信号线上的电位是高电平还是低电平。当时钟极性为0时（CPOL=0），SCK信号线在空闲时为低电平；当时钟极性为1时（CPOL=1），SCK信号线在空闲时为高电平；

时钟的相位（CPHA）用来决定何时进行信号采样。

当时钟相位为1时（CPHA=1），在SCK信号线的第二个跳变沿进行采样；这里的跳变沿究竟是上升沿还是下降沿？取决于时钟的极性。当时钟极性为0时，取下降沿；当时钟极性为1时，取上升沿；如下图：

当时钟相位为0时（CPHA=0），在SCK信号线的第一个跳变沿进行采样。跳变沿同样与时钟极性有关：当时钟极性为0时，取上升沿；当时钟极性为1时，取下降沿；如下图：

在STM32系列单片机中，可以通过SPI_CR1寄存器来设置时钟的极性（CPOL）与相位（CPHA）。

好了，关于SPI通信就先介绍到这里，欢迎扫描下的二维码关注我们的微信公众号。

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