SPI（Serial Peripheral Interface）とは？徹底解説！

組込

1. SPIとは？

SPI（Serial Peripheral Interface）は、主にマイコン（MCU）と周辺機器（センサー、メモリ、ディスプレイなど）を接続するためのシリアル通信プロトコルの一つです。モトローラ（現NXP）によって開発され、高速でフルデュプレックス通信が可能な点が特徴です。

2. SPIの基本構成

SPIは、マスター（Master）とスレーブ（Slave）の関係で動作し、以下の4本の信号線を使用します。

  1. MOSI（Master Out Slave In）
    • マスターからスレーブへデータを送信する線
  2. MISO（Master In Slave Out）
    • スレーブからマスターへデータを送信する線
  3. SCLK（Serial Clock）
    • マスターが生成するクロック信号
  4. SS（Slave Select）
    • スレーブを選択する信号（低電位で選択）

SPIの動作イメージ

マスター（MCU） ───> MOSI ───> スレーブ（センサー）
マスター（MCU） <─── MISO <─── スレーブ（センサー）
マスター（MCU） ───> SCLK ───> スレーブ（センサー）
マスター（MCU） ───> SS ───> スレーブ（センサー）

3. SPIの動作モード

SPIには4つの動作モードがあり、クロック極性（CPOL）とクロック位相（CPHA）の組み合わせで決まります。

モード CPOL CPHA クロックの立ち上がり/下がり
0 0 0 立ち上がりでサンプリング
1 0 1 下がりでサンプリング
2 1 0 下がりでサンプリング
3 1 1 立ち上がりでサンプリング

4. SPIのメリット・デメリット

メリット

✅ 高速通信（I²Cよりも速い）
✅ フルデュプレックス通信（送受信を同時に行える）
✅ ハードウェア制御がシンプル

デメリット

❌ スレーブごとにSSピンが必要（複数スレーブを接続するとピン数が増える）
❌ マルチマスターには不向き

5. SPIの活用例

6. ArduinoでSPIを使う

Arduinoでは、SPI.hライブラリを使うことで簡単にSPI通信を実装できます。

cpp
#include <SPI.h>
 
void setup() {
　SPI.begin(); // SPIを初期化
　SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV16); // クロック速度を設定
　digitalWrite(SS, LOW); // スレーブ選択
　SPI.transfer(0xAA); // データ送信
　digitalWrite(SS, HIGH); // スレーブ解除
}
 
void loop() {}

7. まとめ

SPIは、高速・フルデュプレックス通信が可能な強力なインターフェースです。用途によってI²CやUARTと使い分けることで、より効率的なマイコン制御が可能になります。ぜひ、実際にSPI通信を試してみてください！