摘要：SPI 通讯成功，但 MISO 一直返回 0xFF 或 0x00？不是从机坏了，而是主从机的时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）不匹配。本文用示波器教你 30 秒定乾坤。

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一、问题描述（现象）

**示波器看 SCK 有波形，MOSI 也有数据；

但 MISO 一直是高电平（0xFF）或低电平（0x00）。**

很多工程师的排查方向是：

1. 线接反了？

2. 从机没供电？

3. CS 片选没拉低？

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二、原理分析

1. 物理模型

SPI 是全双工同步总线。

MISO 的数据是在 SCK 的某个边沿​ 被采样。

SCK:   ___|‾‾‾|___|‾‾‾|___
MISO:  ===X===X===X===X===
             ↑    ↑    ↑
          采样点

2. 核心参数

• CPOL (Clock Polarity)：SCK 空闲时的电平。

• CPHA (Clock Phase)：在第几个边沿采样。

模式	CPOL	CPHA	采样边沿
Mode 0	0	0	上升沿
Mode 1	0	1	下降沿
Mode 2	1	0	下降沿
Mode 3	1	1	上升沿

3. 反直觉真相

主从机模式不一致，SPI 不会报错，只会返回垃圾数据。

从机（如 Flash、LCD 控制器）通常固定在 Mode 0 或 Mode 3。

如果你配成 Mode 1，MISO 刚好在无效边沿采样。

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三、工程级解决方案

方案 1：示波器 30 秒定案（最靠谱）

不要猜，直接看波形。

步骤：

1. 触发 CS 下降沿。

2. 观察 MISO 数据相对于 SCK 的位置。

3. 对照下表调整主设备模式。

口诀：

• MISO 在 SCK 第一个跳变前就有效​ → CPHA = 0

• MISO 在 SCK 跳变后才有效​ → CPHA = 1

方案 2：软件暴力枚举

如果手头没有示波器，写一个小循环测试。

uint8_t test_mode(uint8_t mode)
{
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = (mode >> 1) & 1;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = mode & 1;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    
    CS_LOW();
    Send_Dummy();
    uint8_t ret = Read_Reg();
    CS_HIGH();
    return ret;
}

// 遍历 4 种模式
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (test_mode(i) != 0xFF) break;
}

方案 3：注意 NSS 硬件管理

如果使用硬件 NSS，确保它不是被拉高了。

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_SOFT; // 推荐

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四、选型避坑建议

1. Flash 芯片：几乎都是 Mode 0 或 Mode 3。

2. ADC 芯片：TI 的很多 ADC 是 Mode 1。

3. LCD 屏：ILI9341 支持 Mode 0/3，但有些国产屏只支持 Mode 3。

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五、总结 Checklist

• [ ] 是否用示波器看过 MISO 与 SCK 的相对相位？

• [ ] 主从机的 CPOL/CPHA 是否一致？

• [ ] 是否排除了 CS 片选信号异常？

• [ ] 是否尝试过 4 种模式暴力测试？

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💡 注意区分：本文讨论的是 SPI 模式不匹配。

若你的问题是 SPI 速度上不去，请检查 IO 速度与上拉，详见《SPI 速度上不去？别怪芯片》。

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References

• SPI Block Guide (Motorola)

• STM32 Reference Manual – SPI main features

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如果你曾被 SPI 的四种模式绕晕过，欢迎在评论区交流。​

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