SPI（Serial Peripheral Interface）总线通常不需要外部上拉电阻，这是由其信号驱动结构和通信机制决定的，但在特定情况下（尤其是涉及片选 CS 和 MISO 线时）可能需要上拉电阻。
以下是详细解释：
为什么通常不需要上拉电阻？
推挽输出结构（Push-Pull Outputs）：
- SPI 通信中的主设备和从设备（尤其是现代的微控制器和外设芯片）的信号线（SCK, MOSI, MISO, CS）通常配置为推挽输出驱动模式。
- 在推挽输出中：
- 当输出逻辑高电平 (
1) 时，一个上拉晶体管（通常是 PMOS）导通，将输出引脚主动拉高到电源电压 VCC。
- 当输出逻辑低电平 (
0) 时，一个下拉晶体管（通常是 NMOS）导通，将输出引脚主动拉低到地 GND。
- 这种结构不需要外部上拉电阻，因为它能主动且强有力地驱动信号线到确定的高电平或低电平状态，避免了信号线的“浮空”（floating）。
点对点/主从控制：
- SPI 通信通常由一个主设备（Master） 发起和控制。
- SCK（时钟） 和 MOSI（Master Out Slave In） 信号线完全由主设备驱动。主设备在通信期间（甚至空闲时，取决于模式）会持续驱动这些线为确定电平（高或低），无需上拉。
- CS（片选） 信号线也由主设备驱动。当主设备选中某个从设备时，它会将该从设备的 CS 线驱动为有效电平（通常是低电平）；当未选中时，它会将其驱动为无效电平（通常是高电平）。主设备负责维持 CS 线的确定状态。
- MISO（Master In Slave Out） 信号线由被选中的从设备（Slave）驱动。只有当前被主设备通过 CS 信号选中的从设备才会驱动 MISO 线（推挽输出）。未被选中的从设备必须将其 MISO 引脚置于高阻态（High-Impedance, Hi-Z），让出总线，避免冲突。
避免冲突：
- 在标准 SPI 配置（单个主设备，多个从设备共享 SCK/MOSI/MISO，但每个从设备有独立的 CS 线）中：
- SCK 和 MOSI 始终由主设备驱动。
- MISO 在任何时刻都最多只有一个设备（当前被选中的从设备）在驱动它。其他未被选中的从设备将其 MISO 设为高阻态。
- 由于推挽驱动器非常“强壮”（低输出阻抗），当只有一个设备驱动时，它能清晰地覆盖掉高阻态引脚带来的微小影响，确保信号电平明确。添加外部上拉电阻对信号电平的建立没有额外帮助，反而可能增加不必要的功耗。
什么时候可能需要上拉电阻？
开漏/集电极输出的 CS 线（不常见但可能）：
- 如果某个从设备的 CS 输入端口内部是开漏（Open-Drain）或集电极开路（Open-Collector） 结构（这在现代 SPI 从设备中非常少见），那么主设备在驱动这条 CS 线时就需要一个外部上拉电阻来确保当主设备不驱动低电平时，CS 线能被拉高到无效状态。但绝大多数 SPI 从设备的 CS 输入都是标准 CMOS 输入，主设备直接推挽驱动即可。
三态总线配置中的 MISO（最常见的原因）：
- 当多个从设备共享同一根 MISO 线（而不是每个从设备用独立的 MISO 线连接到主设备）时，这就是一种“三态总线”结构。
- 在这种配置下：
- 主设备仍然只有一个 MISO 输入。
- 多个从设备的 MISO 输出都连接到这根共享的 MISO 线上。
- 只有当前被选中的从设备才能驱动这根共享的 MISO 线（推挽输出）。
- 所有未被选中的从设备必须将其 MISO 输出置于高阻态（Hi-Z）。
- 问题： 当所有从设备都未被选中（即所有 CS 线都无效）时，共享的 MISO 线没有任何设备驱动它，处于浮空状态。浮空的输入线电平不确定，容易受到噪声干扰，可能导致主设备 MISO 输入误读到随机数据或振荡。
- 解决方案： 在共享的 MISO 总线上添加一个上拉电阻（例如 4.7KΩ 或 10KΩ）。这个电阻的作用是：
- 当所有从设备都处于高阻态（未被选中）时，将 MISO 线弱上拉到一个确定的逻辑高电平 (
1)，防止浮空。
- 不会干扰被选中的从设备驱动 MISO 线：当选中某个从设备时，它的推挽驱动器足够“强壮”，可以轻松覆盖掉上拉电阻的弱上拉作用，将 MISO 线驱动到它需要的电平 (
0 或 1) 。
- 如果每个从设备都有自己独立的 MISO 线连接到主设备（点对点），并且主设备在未通信时也保持其 MISO 引脚为输入（高阻）状态，那么每条独立的 MISO 线也同样存在浮空风险，也需要单独加上拉电阻。但这种点对点独立连线的方式较少见共享总线方式的浮空问题突出。
特殊要求：
- 某些非常特殊的从设备可能对空闲状态电平有特定要求，或者主/从设备的 I/O 端口特性特殊（例如内部上拉非常弱或没有），但这不是 SPI 协议本身的普遍需求。
总结
- 核心原因： SPI 信号（SCK, MOSI, MISO, CS）通常使用推挽输出驱动，它们能主动地、强有力地驱动线路到高电平或低电平，不需要外部电阻辅助。
- 关键机制： 未被选中的从设备必须将 MISO 设为高阻态（Hi-Z），避免与选中的从设备冲突。
- 最常见需要上拉的情况： 共享 MISO 总线（或多个独立 MISO 线在未通信时浮空）需要上拉电阻，以防止总线浮空导致主设备输入电平不确定。
- CS 线： 标准推挽驱动下不需要上拉。仅当 CS 电路使用开漏/集电极输出时才需要（罕见）。
- SCK/MOSI： 始终由主设备推挽驱动，不需要上拉电阻（除非主设备驱动能力异常弱，这不是常规情况）。
因此，简单回答“SPI为什么不需要加上拉电阻？”是因为其标准的推挽驱动结构解决了电平驱动问题。但更准确的答案是：SPI 通信的核心信号线（SCK, MOSI）和主控驱动的 CS 线通常不需要上拉；但在多从设备共享 MISO 总线（或存在浮空风险的点对点 MISO）时，必须在共享的 MISO 线上添加一个上拉电阻以防止浮空。
SPI（Serial Peripheral Interface）总线通常不需要外部上拉电阻，这是由其信号驱动结构和通信机制决定的，但在特定情况下（尤其是涉及片选 CS 和 MISO 线时）可能需要上拉电阻。
以下是详细解释：
为什么通常不需要上拉电阻？
推挽输出结构（Push-Pull Outputs）：
- SPI 通信中的主设备和从设备（尤其是现代的微控制器和外设芯片）的信号线（SCK, MOSI, MISO, CS）通常配置为推挽输出驱动模式。
- 在推挽输出中：
- 当输出逻辑高电平 (
1) 时，一个上拉晶体管（通常是 PMOS）导通，将输出引脚主动拉高到电源电压 VCC。
- 当输出逻辑低电平 (
0) 时，一个下拉晶体管（通常是 NMOS）导通，将输出引脚主动拉低到地 GND。
- 这种结构不需要外部上拉电阻，因为它能主动且强有力地驱动信号线到确定的高电平或低电平状态，避免了信号线的“浮空”（floating）。
点对点/主从控制：
- SPI 通信通常由一个主设备（Master） 发起和控制。
- SCK（时钟） 和 MOSI（Master Out Slave In） 信号线完全由主设备驱动。主设备在通信期间（甚至空闲时，取决于模式）会持续驱动这些线为确定电平（高或低），无需上拉。
- CS（片选） 信号线也由主设备驱动。当主设备选中某个从设备时，它会将该从设备的 CS 线驱动为有效电平（通常是低电平）；当未选中时，它会将其驱动为无效电平（通常是高电平）。主设备负责维持 CS 线的确定状态。
- MISO（Master In Slave Out） 信号线由被选中的从设备（Slave）驱动。只有当前被主设备通过 CS 信号选中的从设备才会驱动 MISO 线（推挽输出）。未被选中的从设备必须将其 MISO 引脚置于高阻态（High-Impedance, Hi-Z），让出总线，避免冲突。
避免冲突：
- 在标准 SPI 配置（单个主设备，多个从设备共享 SCK/MOSI/MISO，但每个从设备有独立的 CS 线）中：
- SCK 和 MOSI 始终由主设备驱动。
- MISO 在任何时刻都最多只有一个设备（当前被选中的从设备）在驱动它。其他未被选中的从设备将其 MISO 设为高阻态。
- 由于推挽驱动器非常“强壮”（低输出阻抗），当只有一个设备驱动时，它能清晰地覆盖掉高阻态引脚带来的微小影响，确保信号电平明确。添加外部上拉电阻对信号电平的建立没有额外帮助，反而可能增加不必要的功耗。
什么时候可能需要上拉电阻？
开漏/集电极输出的 CS 线（不常见但可能）：
- 如果某个从设备的 CS 输入端口内部是开漏（Open-Drain）或集电极开路（Open-Collector） 结构（这在现代 SPI 从设备中非常少见），那么主设备在驱动这条 CS 线时就需要一个外部上拉电阻来确保当主设备不驱动低电平时，CS 线能被拉高到无效状态。但绝大多数 SPI 从设备的 CS 输入都是标准 CMOS 输入，主设备直接推挽驱动即可。
三态总线配置中的 MISO（最常见的原因）：
- 当多个从设备共享同一根 MISO 线（而不是每个从设备用独立的 MISO 线连接到主设备）时，这就是一种“三态总线”结构。
- 在这种配置下：
- 主设备仍然只有一个 MISO 输入。
- 多个从设备的 MISO 输出都连接到这根共享的 MISO 线上。
- 只有当前被选中的从设备才能驱动这根共享的 MISO 线（推挽输出）。
- 所有未被选中的从设备必须将其 MISO 输出置于高阻态（Hi-Z）。
- 问题： 当所有从设备都未被选中（即所有 CS 线都无效）时，共享的 MISO 线没有任何设备驱动它，处于浮空状态。浮空的输入线电平不确定，容易受到噪声干扰，可能导致主设备 MISO 输入误读到随机数据或振荡。
- 解决方案： 在共享的 MISO 总线上添加一个上拉电阻（例如 4.7KΩ 或 10KΩ）。这个电阻的作用是：
- 当所有从设备都处于高阻态（未被选中）时，将 MISO 线弱上拉到一个确定的逻辑高电平 (
1)，防止浮空。
- 不会干扰被选中的从设备驱动 MISO 线：当选中某个从设备时，它的推挽驱动器足够“强壮”，可以轻松覆盖掉上拉电阻的弱上拉作用，将 MISO 线驱动到它需要的电平 (
0 或 1) 。
- 如果每个从设备都有自己独立的 MISO 线连接到主设备（点对点），并且主设备在未通信时也保持其 MISO 引脚为输入（高阻）状态，那么每条独立的 MISO 线也同样存在浮空风险，也需要单独加上拉电阻。但这种点对点独立连线的方式较少见共享总线方式的浮空问题突出。
特殊要求：
- 某些非常特殊的从设备可能对空闲状态电平有特定要求，或者主/从设备的 I/O 端口特性特殊（例如内部上拉非常弱或没有），但这不是 SPI 协议本身的普遍需求。
总结
- 核心原因： SPI 信号（SCK, MOSI, MISO, CS）通常使用推挽输出驱动，它们能主动地、强有力地驱动线路到高电平或低电平，不需要外部电阻辅助。
- 关键机制： 未被选中的从设备必须将 MISO 设为高阻态（Hi-Z），避免与选中的从设备冲突。
- 最常见需要上拉的情况： 共享 MISO 总线（或多个独立 MISO 线在未通信时浮空）需要上拉电阻，以防止总线浮空导致主设备输入电平不确定。
- CS 线： 标准推挽驱动下不需要上拉。仅当 CS 电路使用开漏/集电极输出时才需要（罕见）。
- SCK/MOSI： 始终由主设备推挽驱动，不需要上拉电阻（除非主设备驱动能力异常弱，这不是常规情况）。
因此，简单回答“SPI为什么不需要加上拉电阻？”是因为其标准的推挽驱动结构解决了电平驱动问题。但更准确的答案是：SPI 通信的核心信号线（SCK, MOSI）和主控驱动的 CS 线通常不需要上拉；但在多从设备共享 MISO 总线（或存在浮空风险的点对点 MISO）时，必须在共享的 MISO 线上添加一个上拉电阻以防止浮空。
举报
