spi通信・とは？初心者でも分かるSPIの基礎と実践ガイド共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

spi通信・とは？ SPIの基本をやさしく解説

spi通信とは、Serial Peripheral Interface の略であり、主にマイクロコントローラやコンピュータと周辺機器がデータをやりとりするための通信規格です。周辺機器にはセンサーやメモリなどがあり、SPIは四本の信号線を使って高速なデータ転送を実現します。中学生でも想像できるように言えば、先生が机の上で本を渡すときに相手を指示する合図のように、4本の線が同時に役割を分担してデータを運ぶ仕組みです。

SPIはシリアル通信の一種ですが、I2C のような多機能なアドレス管理は不要で、比較的シンプルに実装できます。その代わり、接続する機器ごとに個別の CS あるいは SS 信号を用意し、どの周辺機器を使うかを指定します。これにより複数の周辺機器を一つのマスターから制御することが可能です。SPIの基本動作は、マスターとなる端末がクロック信号を出し、MOSI からデータを送り、MISO からデータを受け取るという流れです。

SPIの構成要素と役割

ピン名	意味
MOSI	Master Out Slave In 主機から周辺機器へデータを送る線
MISO	Master In Slave Out 周辺機器から主機へデータを返す線
SCK	シリアルクロック通信の速さを決める信号
SS/CS	スレーブ選択周辺機器を特定して有効化する信号

SPIの特徴と使い方のコツ

特徴はっきり言えば高速なデータ転送が可能で、複数の周辺機器を同時に接続できる点が魅力です。配線が4本程度で済むため、ボード間の接続がすっきりします。ただし、周辺機器ごとにCS信号が必要なので、接続数が増えるとマイコン側の制御が複雑になることがあります。

実際の回路ではマスター側のSCKを基準として、各周辺機器のCSを適切に落とし込むことでデータの競合を避けます。速度の目安としては、低速時は数十 kHz から始めて、デバイスの許容範囲や配線長に合わせて数 MHz まで調整します。電圧レベルの一致にも注意が必要で、3.3V や 5V のデバイス間では適切なレベルシフターを使うことが推奨されます。

SPIとI2Cの違い

SPI は通常4本の信号線で動作しますが I2C は2本だけで動作します。SPI は高速性と複数周辺機器の同時制御に向いていますが、配線が増える点と CS の管理が必要である点がデメリットです。一方 I2C は配線が少なく、デバイスアドレスで複数デバイスを扱いやすい反面、転送速度はやや遅めで混雑しやすい特徴があります。

導入の実践ポイント

実際にSPIを始めるときの基本的な手順は次のとおりです。1 利用するマイコンと周辺機器のデータシートを確認し SPI のモードと速度を確認する。2 MOSI MISO SCK SS の配線を確認し、各周辺機器に固有の CS を割り当てる。3 初期化コードで SPI を有効化し、モード CPOL/CPHA をデバイスに合わせて設定する。4 データの送受信を小さなバイト単位でテストする。

初学者向けの実例としては Arduino とセンサーの組み合わせが代表的です。Arduino 側は SPI.begin() で初期化し、デバイスごとに &: CS ピンを LOW へ落として選択します。転送の際は MOSI からデータを送り、MISO から応答を受け取るという基本動作を繰り返します。実際のコードはデバイスにより異なるため、公式のサンプルをご覧になると理解が深まります。

よくある質問と注意点

SPI の実装でよくあるトラブルは、CS の管理不足やクロックの設定ミスです。CS が常に有効のままだとデバイス同士が干渉してしまいます。また、電圧レベルが異なるデバイス同士を接続する場合はレベルシフターを使い、信号線の反射やノイズにも注意しましょう。

まとめ

spi通信は周辺機器と高速にデータを交換できる強力な規格です。4本の信号線と CS の適切な管理さえ押さえれば、Arduino や Raspberry Pi などの小さなボードでも実用的な通信を組み立てられます。初めて扱う場合は、簡単なデバイスから始めて徐々に接続先を増やしていくと理解が深まります。SPI の基本を押さえておくと、後の電子工作や組み込み開発で大いに役立ちます。

spi通信の同意語

Serial Peripheral Interface: SPIの正式英語名称。マスターと周辺機器が同期してデータを送受信する、4線式の通信プロトコル/バス。
シリアル・ペリフェラル・インタフェース: 日本語表記の正式名称。マスターと周辺機器間でシリアル型のデータをやり取りする通信規格。
SPIバス: SPIを構成する信号線の集合。通常はMOSI・MISO・SCK・CSの4本で、複数機器を接続可能な通信経路。
SPIプロトコル: SPIで用いられる通信のルールや手順のこと。データの送受信順序やタイミングを決める規約。
SPIモード: クロック極性(CPOL)と位相(CPHA)の組み合わせの設定。データの読み出しタイミングを決定する重要な設定。
マスター・スレーブSPI: SPIの基本構造。通信を主導するマスターと、応答するスレーブという役割分担の方式。
4線SPI: 4本の信号線（MOSI・MISO・SCK・CS）を用いるSPI方式。
ハードSPI: マイコンのハードウェアSPIモジュールを使って実装する方式。高速で安定した通信が可能。
ソフトSPI: GPIOを使ってビットを手動で制御してSPIを実装する方式。柔軟だが負荷が大きいことがある。
SPI通信規格: SPIの仕様全体を指す表現。接続方法や動作仕様を示す一般的な用語。

spi通信の対義語・反対語

並列通信: データを複数の線で同時に伝送する方式。SPIはシリアルで、1本のクロックとデータ線で逐次伝送するため、並列通信はその対極的な送信形態として挙げられます。
非同期通信: クロック信号を共有せず、データの開始ビットと停止ビットで同期して送る方式。SPIは固定のクロックで同期してデータを送る点が異なります。
UART: 非同期シリアル通信の代表例。クロック信号を共用せず、スタート/ストップビットでデータを伝送する点がSPIと根本的に異なります。
I2C: 2線式の同期シリアルバス。マスター/スレーブ型でアドレス指定を行い、複数機器を同じバス上で接続します。SPIとは配線構成や動作原理が異なる別規格です。
アナログ信号伝送: デジタル値を0/1で表すSPIとは対照的に、連続的な電圧レベルをそのまま伝送する伝送方式。

spi通信の共起語

SPI: Serial Peripheral Interfaceの略。マスターとスレーブ間で使われる同期式のデータ転送バス。
MOSI: Master Out Slave In。マスターからスレーブへデータを送るための線。
MISO: Master In Slave Out。スレーブからマスターへデータを送るための線。
SCK: Serial Clock。クロック信号。転送のタイミングを決定する線。
CLK: Clockの略。SCKと同義で使われることが多い表記。
SS: Slave Select。通信対象のスレーブを有効化する信号線。
CS: Chip Select。CSとも呼ばれ、スレーブを選択する信号。
CPOL: Clock Polarity。クロックのアイドル状態を決める設定。
CPHA: Clock Phase。データのサンプリングタイミングを決める設定。
SPIモード0: CPOL=0, CPHA=0。アイドル状態は低、サンプリングはクロックの立ち上がりで行うモード。
SPIモード1: CPOL=0, CPHA=1。アイドル状態は低、サンプリングはクロックの立ち下がりで行うモード。
SPIモード2: CPOL=1, CPHA=0。アイドル状態は高、サンプリングは立ち上がりで行うモード。
SPIモード3: CPOL=1, CPHA=1。アイドル状態は高、サンプリングは立ち下がりで行うモード。
データ幅: 1回の転送で扱うビット数。一般的には8ビットが標準だがデバイスによって異なる。
MSB-FIRST: MSBファースト。データの先頭ビットから送信する順序。
LSB-FIRST: LSBファースト。データの末尾ビットから送信する順序。
データシート: 各デバイスのSPI仕様が記載された公式資料。
マイコン: マイクロコントローラ。SPIをマスターとして実装することが多い機器。
マスター: SPI通信の主導側。クロック生成と通信開始を担当。
スレーブ: SPI通信の対象デバイス。データの送受信を行う。
ハードウェアSPI: マイコンの専用SPI回路を使って動作させる実装。
ソフトウェアSPI: ソフトウェアレベルでビットバンギング等によりSPIを実装する方法。
CR1: SPIコントロールレジスタ1。モードやデータ幅、ビット順序などを設定。
CR2: SPIコントロールレジスタ2。追加設定を行う領域。
SR: SPIステータスレジスタ。送受信状態やエラーを示す。
DR: SPIデータレジスタ。送受信用データを格納する。
最大周波数: デバイスが扱える最大クロック周波数。データシートに記載。
デュアルSPI: Dual-SPI。2本のデータ線で同時送信する拡張モード。
クアッドSPI: Quad-SPI。4本のデータ線で同時送信する拡張モード。
SPIバス: SPI通信を構成する物理的な配線束全体のこと。

spi通信の関連用語

SPI通信: シリアルペリフェラルインタフェースを使った、マスターとスレーブ間でデータを4本線（MOSI、MISO、SCK、CS）で送受信する高速なシリアル通信の総称。
SPI: Serial Peripheral Interface の略。4本線を使い、マスターがクロックを出してスレーブとデータの送受信を行う通信規格。
MOSI: Master Out Slave In。マスターからスレーブへデータを送るためのデータ線。
MISO: Master In Slave Out。スレーブからマスターへデータを送るためのデータ線。
SCK: Serial Clock。SPIの同期を取るクロック信号。
SS/CS: Slave Select（スレーブセレクト）/ Chip Select。接続するスレーブを選択する信号。複数スレーブ時は各スレーブにCSを用意するのが一般的。
CPOL: Clock Polarity。クロックのアイドル状態を決める設定（0または1）。
CPHA: Clock Phase。データをサンプルするクロックのエッジを決める設定。
SPIモード: モード0/モード1/モード2/モード3の4つ。CPOLとCPHAの組み合わせによって決まる。
MSB_FIRST: データのビット並び順。MSB（最上位ビット）を先に送る設定が一般的。
LSB_FIRST: データのビット並び順。LSB（最下位ビット）を先に送る設定。
SPIマスター: 通信を開始し、クロックとCSを出す側。全体の制御役割を担う。
SPIスレーブ: マスターに接続されたデバイス。CSがアクティブになると通信に参加する。
ハードウェアSPI: マイコンの専用ペリフェラルを使って高速に動作するSPI実装。
ソフトウェアSPI: GPIOを用いてソフトウェア的にSPI風の通信を実現する方法。柔軟だが遅くなることが多い。
フルデュプレックス: 同時に送信と受信が行える通信の性質。
半二重: 片方向のデータ転送になる場合。状況に応じて使い分ける。
SPIバス: 複数デバイスが同じ4本線を共有して接続される通信路。
複数スレーブ対応: CS信号で個別デバイスを選択して、1つのバス上に複数のデバイスを接続する。
レベルシフター: 異なる電圧レベルのデバイス間で信号を安全に伝送するための電圧変換デバイス。
Quad-SPI: 4本のデータ線を用いて一度に4ビットずつ転送する拡張SPI。高速化を狙う。
Dual-SPI: 2本のデータ線を用いて転送を行う拡張SPI。
SPIデバイスの例: SPIフラッシュメモリ、SPI EEPROM、SPI DAC、SPI ADC、SPI LCD など、SPI対応の周辺機器は多い。
データ幅: 1転送あたりのデータ長。代表的には8ビットだが、16ビットなども設定されることがある。
クロック周波数: SPIの動作周波数。デバイスや配線長、ノイズなどで制限される。
I2C/UARTとの違い: SPIは高速で複数デバイスの接続が可能だが、信号線が多く配線が複雑になりやすい。