SPI(串行外设接口) 树莓派Pico RP2040【入门级教程】

一：SPI介绍

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种高速、全双工、同步的通信协议，常用于微控制器与外围设备（如传感器、显示屏、ADC/DAC 等）之间的短距离通信。

1.SPI 采用主从（Master-Slave）架构，特点包括：

高速传输速率（通常可达几 Mbps）

全双工通信（可同时发送和接收数据）

同步通信（使用时钟信号同步数据传输）

支持多个从设备

2.SPI 工作逻辑：

SPI 通信主要通过 4 根线实现：

SCLK（Serial Clock）：时钟线，由主机产生，用于同步数据传输

MOSI（Master Out Slave In）：主机输出，从机输入

MISO（Master In Slave Out）：主机输入，从机输出

CS/SS（Chip Select/Slave Select）：片选线，用于选择通信的从设备（低电平有效）

3.SPI 工作流程：

主机通过拉低某个从设备的 CS 线选中该设备

主机产生 SCLK 时钟信号

数据在时钟信号的同步下，通过 MOSI 和 MISO 线同时传输

每个时钟周期传输一位数据

通信结束后，主机拉高 CS 线释放该从设备

树莓派 Pico的SPI 有 2 个硬件 SPI 控制器：SPI0 和 SPI1，默认引脚分配如下：其中CS 引脚可任意选择 GPIO 引脚。

二：示例程序

以下示例展示如何使用树莓派 Pico 的 SPI 接口进行通信，包含主机和从机两种模式的代码。

from machine import Pin, SPI
import time

# 初始化SPI0为主机模式
spi = SPI(0,
          baudrate=1000000,  # 1MHz
          polarity=0,        # 时钟空闲时为低电平
          phase=0,           # 数据在时钟上升沿采样
          sck=Pin(2),        # SCK引脚
          mosi=Pin(3),       # MOSI引脚
          miso=Pin(4))       # MISO引脚

# 初始化CS引脚
cs = Pin(5, Pin.OUT, value=1)  # 初始化为高电平（未选中）

def send_receive_data(data):
    cs.value(0)  # 拉低CS，选中从设备
    time.sleep_us(10)  # 短暂延时
    
    # 创建接收缓冲区（与发送数据长度相同）
    rx_data = bytearray(len(data))
    
    # 发送并接收数据
    spi.write_readinto(data, rx_data)
    
    time.sleep_us(10)
    cs.value(1)  # 拉高CS，释放从设备
    return rx_data

# 主循环
while True:
    # 发送数据
    tx_data = bytearray([0x01, 0x02, 0x03, 0x04])
    rx_data = send_receive_data(tx_data)
    
    print(f"发送: {list(tx_data)}")
    print(f"接收: {list(rx_data)}")
    
    time.sleep(1)

1.代码说明：

主机模式代码（spi_master.py）：

初始化 SPI0 为主机模式，设置波特率为 1MHz

配置 SCLK、MOSI、MISO 和 CS 引脚

send_receive_data函数实现：拉低 CS 选中设备、发送数据并接收响应、最后释放 CS

主循环中周期性发送数据并打印收发内容

从机模式代码（spi_slave.py）：

初始化 SPI0 为从机模式，参数需与主机匹配

监听 CS 引脚状态，当被选中时进行数据收发

接收主机数据的同时发送预设的响应数据

简单修改响应数据，以便观察通信效果

2.测试方法：

准备两块树莓派 Pico 板

分别将主机代码和从机代码上传到两块 Pico

按如下方式连接线路：

主机 SCLK（GP2）→ 从机 SCLK（GP2）

主机 MOSI（GP3）→ 从机 MOSI（GP3）

主机 MISO（GP4）→ 从机 MISO（GP4）

主机 CS（GP5）→ 从机 CS（GP5）

两块 Pico 共地（GND 相连）

分别给两块 Pico 上电，通过串口监视器观察通信结果

3.注意事项：

主从设备的 SPI 参数（波特率、极性、相位）必须一致

通信距离不宜过长，通常在几米以内

多从机情况下，每个从机需要独立的 CS 线

高速通信时可能需要考虑线路阻抗匹配

通过 SPI 协议，树莓派 Pico 可以高效地与各种外设进行通信，适用于需要高速数据传输的场景。