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文章來源：玩轉(zhuǎn)嵌入式

整理：技術(shù)讓夢想更偉大 |?李肖遙

1、什么是SPI？

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、全雙工、同步的通信總線。

2、SPI優(yōu)點(diǎn)

支持全雙工通信
通信簡單
數(shù)據(jù)傳輸速率塊

3、缺點(diǎn)

沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)，所以跟IIC總線協(xié)議比較在數(shù)據(jù)可靠性上有一定的缺陷。

4、特點(diǎn)

　　(1)：高速、同步、全雙工、非差分、總線式
　　(2)：主從機(jī)通信模式

5、SPI電路連接

　　(1)：SPI的通信原理很簡單，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，有三線制和四線制之分。信號線包括SDI(串行數(shù)據(jù)輸入 Serial Digital IN)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出 Serial Digital OUT)、SCLK(時(shí)鐘)、CS(片選)。

　　(2)：SDO/MOSI?– 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入

　　(3)：SDI/MISO?– 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出

　　(4)：SCLK?– 時(shí)鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生;

　　(5)：CS/SS?– 從設(shè)備使能信號，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)主設(shè)備和某個(gè)從設(shè)備通信時(shí)將需要將從設(shè)備對應(yīng)的片選引腳電平拉低(一般低有效)。

6、SPI通信模式分析　

SPI通信有4種不同的模式，不同的從設(shè)備在出廠時(shí)配置模式已經(jīng)固定，這是不能改變的，但通信雙方設(shè)備必須工作在同一模式下，所以可以對主設(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）來控制主設(shè)備的通信模式。

　　具體模式具體如下：
　?。篊POL=0，CPHA=0
　　Mode1：CPOL=0，CPHA=1
　　Mode2：CPOL=1，CPHA=0
　　Mode3：CPOL=1，CPHA=1

模式	CPOL	CPHA
Mode0	0	0
Mode1	0	1
Mode2	1	0
Mode3	1	1

時(shí)鐘極性CPOL是用來配置SCLK電平的有效態(tài)的;
時(shí)鐘相位CPHA是用來配置數(shù)據(jù)采樣是發(fā)生在第幾個(gè)邊沿的。

　CPOL=0表示當(dāng)SCLK=0時(shí)處于空閑態(tài)，所以SCLK處于高電平時(shí)有效；
　CPOL=1表示當(dāng)SCLK=1時(shí)處于空閑態(tài)，所以SCLK處于低電平時(shí)有效；
　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；

SPI主模塊和與之通信的外設(shè)通信時(shí)，兩者的時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該保持一致。

7、SPI 時(shí)序詳解

CPOL=0，CPHA=0：此時(shí)空閑態(tài)時(shí)，SCLK處于低電平，數(shù)據(jù)采樣是在第1個(gè)邊沿，也就是SCLK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)，SCLK處于低電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個(gè)邊沿，也就是SCLK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)，SCLK處于高電平，數(shù)據(jù)采集是在第1個(gè)邊沿，也就是SCLK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)，SCLK處于高電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個(gè)邊沿，也就是SCLK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。

注意：SPI主設(shè)備能夠控制時(shí)鐘信號，因?yàn)镾PI通信并不像UART或者IIC通信那樣有專門的通信周期、通信起始信號、通信結(jié)束信號；所以SPI協(xié)議只能通過控制時(shí)鐘信號線，在沒有數(shù)據(jù)交流的時(shí)候，時(shí)鐘線要么是保持高電平，要么是保持低電平。

例如：工作在模式0這種時(shí)序（CPOL＝0，CPHA＝0），如下：

我們來關(guān)注SCK的第一個(gè)時(shí)鐘周期，在時(shí)鐘的前沿采樣數(shù)據(jù)（上升沿，第一個(gè)時(shí)鐘沿），在時(shí)鐘的后沿輸出數(shù)據(jù)（下降沿，第二個(gè)時(shí)鐘沿）。首先來看主器件，主器件的輸出口（MOSI）輸出的數(shù)據(jù)bit1，在時(shí)鐘的前沿被從器件采樣，那主器件是在何時(shí)刻輸出bit1的呢？bit1的輸出時(shí)刻實(shí)際上在SCK信號有效以前，比SCK的上升沿還要早半個(gè)時(shí)鐘周期。bit1的輸出時(shí)刻與SSEL信號沒有關(guān)系。再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時(shí)鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的，那從器件又是在何時(shí)刻輸出bit1的呢。從器件是在SSEL信號有效后，立即輸出bit1，盡管此時(shí)SCK信號還沒有起效。

從這張圖就可以很清楚的看出主從器件的bit1是怎樣輸出的。

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