怎么看懂时序图？spi协议4种模式时序剖析案例！

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我做产品的时候，最怕就是做IIC和SPI的通信。

 

这两种协议时序哪怕是延时时间有误差，都有可能导致通信不上。

 

出现问题的时候，如果没设备也很难排查问题到底出在哪里。

 

有时候这个产品写好的时序程序，换一个单片机用同一个程序移植过去就不行了。

 

而且很多公司都没有设备可以调试这些协议，大多数时候都是完全靠蒙。

 

今天就拿新手比较头痛的SPI来进行时序图的分析和讲解，看不懂你打我！

 

我记得第一次SPI通讯的时候，完全是照抄网络上的程序，因为芯片手册的时序图看起来太可怕了，根本看不懂。

 

后面各种模拟时序写多了，才有了经验，然后用经验去理解数据手册以及网络上的教程。

 

很多新手看各种数据手册和教程被吓到了，其实很多时候不是你的问题，而是数据手册和教程写的太学术化了。

 

举个例子，就像SPI协议用CPOL和CPHA真值表来选择不同的模式。

 

因为在很多SPI接口芯片的数据手册根本没提CPOL和CPHA这两个东西，那要怎么知道芯片的通讯模式？

 

其实是要我们自己根据芯片手册的时序图去分析模式的，而不会直接告诉你是用的哪个模式。

 

所以在看时序之前，我们先要了解CPOL和CPHA到底有啥区别。

 

CPHA是用来控制数据是在第一个跳变沿还是第二个跳变沿采集的。

 

 

通过上图可以看到：

CPHA=0的时候，数据是在第一个跳变沿的时候就会被采集。

CPHA=1的时候，数据是在第二个跳变沿的时候才会被采集。

 

那问题来了，到底是上升沿还是下降沿采集？

 

这个就由CPOL来决定了：

CPOL=0的时候是上升沿采集。

CPOL=1的时候是下降沿采集。

 

 

除此以外，CPOL还决定了我们时钟线SCLK空闲时的状态。

CPOL=0的时候表示SCLK在空闲时为低电平。

CPOL=1的时候表示SCLK在空闲时为高电平。

 

Ok，明白了这个，我们再分析4种模式的时序图。

 

1.模式0(CPOL=0 CPOL=0)

CPOL = 0：时钟线空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样

时序图如下：

 

 

 

 

2.模式1(CPOL=0 CPOL=1)

CPOL = 0：空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿

CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（下降沿）采样

时序图如下：

 

 

 

3.模式2(CPOL=1 CPOL=0)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（下降沿）采样

时序图如下：

 

 

4.模式3(CPOL=1 CPOL=1)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（上升沿）采样

时序图如下：

 

 

这样看是不是对4种模式的区别比较清晰了？

 

下面，我们再拿OLED的驱动芯片SSD1306的时序图来作为实战讲解。

 

SSD1306的4线SPI通讯时序如下：

 

 

从这个时序图可以看出几个关键点：

1.     在发送数据之前，要把CS引脚拉低。

2.     D/C一般是用来控制发送命令还是数据的。

3.     数据在第二个SCLK跳变开始传输。

4.     数据在SCLK上升沿的时候进行传输，每次发送一个Bit，高位在前。

 

所以，由这个时序图可以判断出来，用的是SPI模式3的通讯方式。

 

知道这个之后，你就知道单片机的硬件SPI模式要怎么配置了(下图以STM32为例)。