精解 SPI 的 CPHA 时钟相位与 CPLK 时钟极性

### 精解 SPI 的 CPHA 时钟相位与 CPLK 时钟极性 #### 一、SPI概述及重要性 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速全双工同步串行通信接口标准，广泛应用于微控制器与各种外围设备之间的通信。SPI的主要特点在于其简单高效的数据传输机制，通过主设备（Master）和从设备（Slave）之间共享一条时钟信号线（SCK）、一条主输出/从输入数据线（MOSI）、一条主输入/从输出数据线（MISO）以及一条从设备选择信号线（SS），实现了高速数据交换。 在SPI通信过程中，时钟信号的配置尤为关键。其中，**CPHA**（Clock Phase）指的是时钟相位，用于确定数据采样的时刻；而**CPLK**（Clock Polarity）指的是时钟极性，决定了时钟信号的空闲状态。正确理解并配置这两者对于实现可靠的SPI通信至关重要。 #### 二、SPI时钟极性（CPLK） **CPLK**（时钟极性）指定了SPI时钟信号（SCK）在空闲状态下的电平。具体来说： - **CPOL=0**：当CPOL设置为0时，意味着SCK在空闲状态下处于低电平。在传输数据期间，SCK会从低电平跳变至高电平，完成一次时钟脉冲。传输完成后，SCK再次回到低电平，进入空闲状态。 - **CPOL=1**：反之，当CPOL设置为1时，SCK在空闲状态下处于高电平。数据传输过程中，SCK从高电平跳变至低电平，完成一次时钟脉冲。传输结束后，SCK再次恢复到高电平。 #### 三、SPI时钟相位（CPHA） **CPHA**（时钟相位）定义了数据线（MOSI/MISO）上的数据何时被采样和何时改变。具体分为两种情况： - **CPHA=0**：当CPHA设置为0时，意味着数据在线路上的改变发生在时钟信号的第一个边沿（即起始边沿），而数据的采样则发生在下一个边沿（结束边沿）。例如，如果SCK是从低电平跳变至高电平，则数据将在SCK的上升沿被捕获，并在接下来的下降沿改变。 - **CPHA=1**：相反地，当CPHA设置为1时，数据的采样发生在时钟信号的第一个边沿，而数据的改变则发生在下一个边沿。例如，如果SCK是从低电平跳变至高电平，则数据将在SCK的上升沿被捕获，并在接下来的下降沿改变。 #### 四、示例解析 以AT45DB642DB系列FLASH为例，根据ATMEL ARM7中的定义： - **CPHA=0**：数据在SCK的起始边沿改变，在SCK的下一个边沿被捕获。这意味着数据在时钟信号的上升沿被捕获，在接下来的下降沿发生改变。 - **CPHA=1**：数据在SCK的起始边沿被捕获，在SCK的下一个边沿改变。这意味着数据在时钟信号的上升沿被捕获，在接下来的下降沿发生改变。 再以CC2500为例，其时序图显示数据在SCLK的第一个时钟边沿被捕获，即上升沿，而在下一个时钟边沿结束时数据发生变化。 #### 五、不同设备的SPI配置示例 1. **STM32 SPI配置**：STM32微控制器支持灵活的SPI配置。例如，当**CPOL=1**时，SCK引脚在空闲状态保持高电平；当**CPHA=1**时，数据在第二个边沿被采样捕获，第一个边沿被锁存。 2. **晶门科技的SS1D1351 SPI接口**：此控制器应用于TFT LCD、OLED等显示设备。根据SCLK的空闲无效状态（低电平或高电平），可以确定数据捕获和改变的具体时刻。例如，如果SCLK的**CPOL=0**，那么数据是在第一个时钟沿（上升沿）被捕获，在下一个边沿（下降沿）数据改变。 #### 六、总结 SPI通信中的**CPHA**与时钟相位有关，决定了数据捕获和改变的具体时机；而**CPLK**与时钟极性有关，规定了时钟信号在空闲状态下的电平。正确理解和配置这些参数对于实现高效可靠的SPI通信至关重要。通过具体的示例分析，我们可以更深入地理解这些概念，并将其应用于实际设计中。