====== Sběrnice SPI (Serial Peripheral Interface) ======

**SPI** (//Serial Peripheral Interface//) je synchronní sériové komunikační rozhraní navržené společností Motorola koncem 80. let. Jedná se o jeden z nejrozšířenějších standardů pro nízkoúrovňovou komunikaci na krátké vzdálenosti mezi mikrokontroléry (např. Arduino, ESP32, STM32) a jejich periferními čipy (senzory, SD karty, displeje, paměti EEPROM).

Na rozdíl od sběrnice I2C funguje SPI v režimu **Full-Duplex**, což znamená, že data mohou být přenášena oběma směry současně.

===== Principy fungování: Master a Slave =====

SPI komunikace využívá architekturu **Master/Slave** (pán / podřízený):
  * **Master (Řídicí zařízení):** Obvykle hlavní mikrokontrolér. Generuje hodinový signál a iniciuje veškerou komunikaci.
  * **Slave (Podřízené zařízení):** Periferní čip. Odpovídá pouze tehdy, když je k tomu vyzván Masterem.

[Image of SPI bus master slave architecture showing MOSI MISO SCLK and SS lines]

Komunikace probíhá pomocí posuvných registrů (shift registers) na straně Mastera i Slavea, které jsou propojeny do uzavřené smyčky. S každým hodinovým impulzem se posune jeden bit z Mastera do Slavea a zároveň jeden bit ze Slavea do Mastera.

===== Popis signálových vodičů =====

SPI je standardně **čtyřvodičová sběrnice** (Four-Wire Bus). Vodiče mají následující význam:

^ Název signálu ^ Celé označení ^ Funkce ^
| **SCLK** | Serial Clock | Hodinový signál generovaný Masterem. Určuje rychlost přenosu. |
| **MOSI** | Master Out, Slave In | Datová linka pro směr z Mastera do Slavea. |
| **MISO** | Master In, Slave Out | Datová linka pro směr ze Slavea do Mastera. |
| **SS / CS** | Slave Select / Chip Select | Výběr konkrétního podřízeného zařízení. Aktivuje se logickou nulou (Low). |

===== Připojení více Slave zařízení =====

Pokud Master komunikuje s více periferními čipy, existují dva způsoby jejich zapojení:

==== 1. Paralelní zapojení (Independent Slave Configuration) ====
Linky SCLK, MOSI a MISO jsou sdílené všemi zařízeními. Master však musí mít pro každé Slave zařízení vyhrazený samostatný vodič **SS** (Slave Select). Aktivací konkrétní SS linky Master určí, se kterým čipem právě komunikuje. Ostatní čipy mají v té chvíli linku MISO přepnutou do stavu vysoké impedance (odpojeno), aby nerušily komunikaci.

==== 2. Kaskádové zapojení (Daisy-Chain Configuration) ====
Využívá se méně často. Výstup MISO prvního Slavea je spojen se vstupem MOSI druhého Slavea atd. Všechna zařízení sdílí jednu linku SCLK a jednu linku SS. Data protékají všemi čipy jako jedním velkým posuvným registrem.

===== Režimy SPI (Clock Polarity a Phase) =====

SPI nemá pevně daný komunikační protokol, proto je nutné nastavit, jakým způsobem se budou bity na datových linkách číst. K tomu slouží dva parametry:
  * **CPOL (Clock Polarity):** Určuje stav hodinové linky v neaktivním stavu. (0 = Low, 1 = High).
  * **CPHA (Clock Phase):** Určuje, zda se data vzorkují na náběžnou (1. hrana) nebo sestupnou (2. hrana) hranu hodinového signálu.

Kombinací těchto parametrů vznikají **4 režimy SPI (Mode 0 až 3)**:

^ Režim ^ CPOL ^ CPHA ^ Vzorkování dat (při čtení) ^
| **Mode 0** | 0 | 0 | Náběžná hrana, klidový stav hodina je Low |
| **Mode 1** | 0 | 1 | Sestupná hrana, klidový stav hodina je Low |
| **Mode 2** | 1 | 0 | Sestupná hrana, klidový stav hodina je High |
| **Mode 3** | 1 | 1 | Náběžná hrana, klidový stav hodina je High |

===== Výhody a nevýhody SPI =====

==== Výhody: ====
  * **Vysoká rychlost:** SPI běžně dosahuje rychlostí v řádech desítek MHz (mnohem rychlejší než I2C nebo UART).
  * **Full-Duplex:** Současný obousměrný přenos dat.
  * **Jednoduchý hardware:** Čipy nepotřebují unikační adresy, komunikaci řídí přímo hardwarové posuvné registry.
  * **Nízká spotřeba:** Na linkách nejsou potřeba pull-up rezistory jako u I2C.

==== Nevýhody: ====
  * **Větší počet vodičů:** S každým dalším Slave zařízením přibývá jedna linka SS (při paralelním zapojení).
  * **Chybí potvrzení doručení:** Protokol neobsahuje vestavěný mechanismus potvrzení (ACK/NACK), zda Slave data skutečně přijal.
  * **Pouze na krátké vzdálenosti:** Kvůli absenci stínění a náchylnosti na rušení je sběrnice vhodná pro spoje na jedné desce plošných spojů (typicky do 20-30 cm).

----

//Související články://
  * [[it:hw:general|Hardware - Hlavní rozcestník]]
  * [[it:hw:embedded:microcontrollers|Mikrokontroléry a jejich periferie]]
  * [[it:net:protocols:i2c|Sběrnice I2C a srovnání s SPI]]

//Tagy: {{tag>hardware sbernice spi embedded mcu microcontroller full-duplex}}//