SPI: Das Kommunikationsprotokoll einfach und klar erklärt

Wie Funktioniert SPI?

Das ist ein vollwertiger Auszug aus dem Buch Elektronik und Heimautomation DIY.

SPI, kurz für Serial Peripheral Interface, wurde 1987 von Motorola entwickelt und benötigt vier Leitungen zur Kommunikation. Die Open Source Hardware Association betrachtet die traditionellen Bezeichnungen der SPI-Signale („Master“ und „Slave“) als veraltet und hat alternative Begriffe vorgeschlagen, die teils bereits genutzt werden. Obwohl viele Komponenten weiterhin die alten Begriffe verwenden, stelle ich euch hier die neuen Bezeichnungen vor, um mögliche Verwirrung bei Begriffen wie COPI und CIPO zu vermeiden.

• SCL (Serial Clock): Vom Controller (Master) ausgegebene Taktleitung.
• MOSI (Master Output, Slave Input): Neu: COPI (Controller OUT, Peripheral IN).
• MISO (Master Input, Slave Output): Neu: CIPO (Controller IN, Peripheral OUT).
• CS/SS (Chip Select oder Slave Select): Wird vom Controller auf LOW gezogen, um ein spezifisches Peripheriegerät anzusprechen.

SPI zeichnet sich durch seine volle Duplexfähigkeit aus, da es gleichzeitig über die Datenleitungen MOSI (COPI) und MISO (CIPO) Daten senden und empfangen kann – und das mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 Mbps. Anders als bei I²C gibt es bei SPI jedoch immer nur einen Controller, während die Anzahl der Peripheriegeräte durch die verfügbaren GPIO-Pins des Controllers begrenzt ist.

Während der Kommunikation zieht der Controller die CS-Leitung des gewünschten Peripheriegeräts auf LOW und gibt das Taktsignal über die SCL-Leitung aus. Daten werden über die MOSI (COPI)-Leitung an das Peripheriegerät gesendet, während dieses – falls erforderlich – gleichzeitig Bits über die MISO (CIPO)-Leitung an den Controller zurückschickt. Sobald der Controller die CS-Leitung wieder auf HIGH setzt, ist die Kommunikation beendet.

SPI ist besonders effizient, da die Daten ohne Start- oder Stopbits übertragen werden können, was eine unterbrechungsfreie Kommunikation ermöglicht.