标准SPI协议应用笔记：四种模式区分（CPOL/CPHA）

前言

标准的四线SPI包括CS、MISO、MOSI、CLK四根线，同时根据时钟线的相位和极性可以分为四种模式

CPOL

代表时钟的极性Polarity，即时钟线有效时（active）和无效时（inacitve）的电平。一般规定：
CPOL=0时，为初始电平（无效电平）为低电平，有效电平为高电平；
CPOL=1时，为初始电平（无效电平）为高电平，有效电平为低电平。

CPHA

代表时钟的相位Phase，即时钟线采样时是上升沿（Leading Edge）还是下降沿（Trailing Edge）。一般规定：
CPHA=0时，数据位被采样（sampled）时的边沿为第一个边沿，被改变（launched）时为第二个边沿。
CPHA=1时，数据位被采样（sampled）时的边沿为第二个边沿，被改变（launched）时为第一个边沿。
关于相关被采样和被改变时的边沿信号到底时上升沿还是下降沿，要结合CPOL来一起看

模式区别

下面以两张时序图为例，假设数据以MSB方式传输，每次传输8bit。下图中红色竖线代表数据被采样（sampled）时的位置，蓝色表示被改变（launched）时的位置。

上图为当以CPHA=0时，即以第一个跳变沿为采样点时，不同CPOL的区别。
可以看到当CPOL为0时：CLK初始电平为低电平，当出现第一个跳变沿时，数据线的信号被采样，该跳变沿为上升沿；采样结束后，CLK线开始出现第二个跳变沿，这时候数据线的信号允许被改变，该跳变沿为下降沿。
同理可看到CPOL为1时：CLK初始电平为高电平，当出现第一个跳变沿时，数据线的信号被采样，该跳变沿为下降沿；采样结束后，CLK线开始出现第二个跳变沿，这时候数据线的信号允许被改变，该跳变沿为上升沿。

上图为当以CPHA=1时，即以第二个跳变沿为采样点时，不同CPOL的区别。
可以看到当CPOL为0时：CLK初始电平为低电平，当出现第一个跳变沿时，这时候数据线的信号允许被改变，该跳变沿为上升沿；采样结束后，CLK线开始出现第二个跳变沿，数据线的信号被采样，该跳变沿为下降沿。
同理可看到CPOL为1时：CLK初始电平为高电平，当出现第一个跳变沿时，这时候数据线的信号允许被改变，该跳变沿为下降沿；采样结束后，CLK线开始出现第二个跳变沿，数据线的信号被采样，该跳变沿为上升沿。

总结

可以看到，所谓不同模式的区别只是被采样的时机和CLK初始电平的不同而已，不同芯片的模式顺序可能略有不同，但本质都一致的，用户在进行通信接口对接是要确认后SPI的模式匹配。