SPI總線協(xié)議概述

1.SPI總線概述

SPI是串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)的縮寫。是Motorola公司推出的一種同步串行接口技術(shù)，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。主要應(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器等設(shè)備與MCU之間進(jìn)行通信。

SPI具有通信簡(jiǎn)單，支持全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)。但是由于SPI沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)數(shù)據(jù)是否發(fā)送或接收成功，所以SPI總線跟IIC總線比較的話，SPI總線在數(shù)據(jù)可靠性上有一定的缺陷。

2.SPI信號(hào)線

SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備。SPI使用3條通訊總線和1條片選線。

(1).MOSI

主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入。

(2).MISO

主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出。

(3).SCLK(或叫SCK)

時(shí)鐘信號(hào)線，用于通訊同步，該信號(hào)由主機(jī)產(chǎn)生和控制。

(4).CS

片選線，從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備的時(shí)候，因?yàn)槊總€(gè)從設(shè)備上都有一個(gè)片選引腳接入到主設(shè)備機(jī)中，當(dāng)我們的主設(shè)備和某個(gè)從設(shè)備通信時(shí)就需要設(shè)置從設(shè)備對(duì)應(yīng)的片選引腳，來(lái)使能從設(shè)備。

SPI通訊設(shè)備之間的連接方式，如下圖所示：

3.SPI總線的4種通訊模式

SPI通信有4種不同的通訊模式，不同的從設(shè)備可能在出廠時(shí)就配置為某種模式，這是不能改變的；但我們的通信雙方必須是工作在同一模式下，所以我們可以對(duì)我們的主設(shè)備的SPI模式進(jìn)行配置，通過CPOL（時(shí)鐘極性）和CPHA（時(shí)鐘相位）來(lái)控制我們主設(shè)備的通信模式。

MOSI和MISO線在SCK的每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)，開發(fā)者可以自行設(shè)置MSB或LSB先行，不過需要保證兩個(gè)通訊設(shè)備都使用同樣的協(xié)定。

時(shí)鐘極性CPOL是用來(lái)配置SCK空閑狀態(tài)的電平，時(shí)鐘相位CPHA是用來(lái)配置數(shù)據(jù)采樣是在第幾個(gè)邊沿。

CPOL=0，表示當(dāng)SCK=0時(shí)處于空閑態(tài)，所以有效狀態(tài)就是SCK處于高電平時(shí)；
CPOL=1，表示當(dāng)SCK=1時(shí)處于空閑態(tài)，所以有效狀態(tài)就是SCK處于低電平時(shí)；
CPHA=0，表示數(shù)據(jù)采樣是在第1個(gè)邊沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在第2個(gè)邊沿；
CPHA=1，表示數(shù)據(jù)采樣是在第2個(gè)邊沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在第1個(gè)邊沿；

CPOL和CPHA進(jìn)行組合配置之后產(chǎn)生四種時(shí)序關(guān)系，也就是四種通訊模式。四種通訊模式文字描述如下：

CPOL=0，CPHA=0：此時(shí)空閑態(tài)時(shí)，SCK處于低電平，數(shù)據(jù)采樣是在第1個(gè)邊沿，也就是SCK由
低電平到高電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采樣是在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在下降沿。

CPOL=0，CPHA=1：此時(shí)空閑態(tài)時(shí)，SCK處于低電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個(gè)邊沿，也就是SCK由
低電平到高電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采樣是在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=0：此時(shí)空閑態(tài)時(shí)，SCK處于高電平，數(shù)據(jù)采集是在第1個(gè)邊沿，也就是SCK由
高電平到低電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采集是在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=1：此時(shí)空閑態(tài)時(shí)，SCK處于高電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個(gè)邊沿，也就是SCK由
高電平到低電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采集是在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在下降沿。

下面的表格是對(duì)上述描述的SPI四種通訊模式的總結(jié)：

模式0和模式3的差異主要是，模式0的SCK空閑電平是低電平，模式3的SCK空閑電平是高電平。因?yàn)槟Ｊ?的SCK空閑電平是低電平，數(shù)據(jù)采樣發(fā)生在SCK的第1個(gè)邊沿，也就是SCK的上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)生在SCK的第2個(gè)邊沿，也就是SCK的下降沿。同樣的因?yàn)槟Ｊ?的SCK空閑電平是高電平，數(shù)據(jù)采樣發(fā)生在SCK的第2個(gè)邊沿，也就是SCK的上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)生在SCK的第1個(gè)邊沿，也就是SCK的下降沿。

從上面一段文字，可以對(duì)模式0和模式3進(jìn)行一個(gè)總結(jié)：模式0和模式3的主要差異是SCK空閑電平的狀態(tài)不一樣，模式0的SCK空閑電平是低電平，模式3的SCK空閑電平是高電平；模式0和模式3都在SCK的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在SCK的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

同樣的，可以對(duì)模式1和模式2進(jìn)行一個(gè)總結(jié)：模式1和模式2的主要差異是SCK空閑電平的狀態(tài)不一樣，模式1的SCK空閑電平是低電平，模式2的SCK空閑電平是高電平；模式1和模式2都在SCK的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在SCK的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

審核編輯：劉清