探索 SPI 通信，利用 IC 芯片实现更快的数据传输

SPI 通信简介

什么是 SPI 通信？

SPI 指串行外设接口。它能让微控制器与其他芯片通信。它用四根线：时钟线、数据输出线、数据输入线和片选线。时钟线告诉芯片何时读写位。数据可同时双向传输。你可以设置速度、位序和时钟相位以配合芯片。SPI 常用于需要高速、短距离连接的传感器、存储器或显示器。

使用 SPI 的好处

SPI 简单且速度快。它能达到几十兆比特每秒。它开销低，大部分周期都用来传输数据。它能在同一周期发送和接收。新增芯片只需多接片选线。不需要起始或停止位，可节省引脚和代码。SPI 非常适合需要高速度且工作量少的场景。

IC 芯片在 SPI 通信中的作用

常见的 SPI 芯片类型

SPI 常见于闪存、EEPROM、ADC、DAC、数字传感器和显示驱动器等芯片。每种芯片的数据手册里都标明了最大速率和支持的模式。大多数都封装小、功耗低，并提供清晰的时序图说明如何发送和读取数据。

如何选芯片

首先，明确数据需求。若需大容量存储，就选容量和速度足够的闪存。若需高采样率，就选能满足速率的 ADC。芯片电压要与控制器匹配，否则需加电平转换。留意封装引脚数以适应板面空间。确保所有芯片使用同一 SPI 模式。最后，根据预算和供货情况选品。

SPI 的 PCB 设计要点

布局技巧

将控制器和 SPI 芯片靠近放置。短线可减少延时和干扰。在线路下方使用连续地线面，并在两端加过孔接地。尽量同层走时钟线和数据信号。避免靠近噪声源。驱动端加小电阻可抑制反射。

布线要点

时钟线和数据信号并行布线以匹配长度。若需精确匹配，可使用调线。信号远离其他数字线以减少串扰。长线走线时，在源端加 22–47 Ω 电阻。条件允许时用特性阻抗控制线。CAD 中为每条线命名清晰。

在 PCB 中实现 SPI

集成 SPI 的步骤

在控制器手册中定位 SCLK、MOSI、MISO 和 SS 引脚。

在原理图中加入这些引脚，并在每个芯片电源旁放置 0.1 µF 和大容量旁路电容。

按前述方法布线，并生成网络长度报告。

制作电路板，用示波器或逻辑探针检查引脚信号。

发送简单的读写命令，检测返回数据是否正确。

SPI 调试方法

用示波器检测时钟信号形状和频率，查看 MOSI/MISO 比特。确认片选线仅在传输时拉低。若数据错误，依次尝试所有 SPI 模式。调整系列电阻和小电容以净化信号。检查供电、接地和旁路电容。单独测试每个芯片以定位问题。

结论

SPI 用简单的线实现高速双向数据传输。多种芯片都支持 SPI，从存储到传感器。选型时要看电压、速度和封装。PCB 上尽量走短线，使用连续地线面，必要时匹配长度。固件中配置引脚、选择相同模式，并用简单指令和示波器测试。按此流程，可搭建可靠的 SPI 通信，提升项目数据传输速度。

#include <SPI.h>

void setup() {
  // 设置 SPI 引脚
  pinMode(SS, OUTPUT);
  // 初始化 SPI
  SPI.begin();
  // 设置 SPI 参数，如数据模式和时钟速率
  SPI.beginTransaction(SPISettings(4000000, MSBFIRST, SPI_MODE0));
}

void loop() {
  digitalWrite(SS, LOW);   // 选中从设备
  SPI.transfer(0x01);      // 发送命令或数据
  digitalWrite(SS, HIGH);  // 取消选中
  delay(1000);
} 

小贴士：在编写代码前，先查看芯片手册中的 SPI 模式和最高速率，能省去大量调试时间。

金芯阳科技

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