SPI通讯协议

Posted 2020-09-15 yooooooo

一、SPI概述

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 SPI总线的系统

（1）MOSI：主器件数据输出，从器件数据输入
（2）MISO：主器件数据输入，从器件数据输出
（3）SCLK：时钟信号，由主器件产生
（4）/SS：从器件使能信号，由主器件控制

SPI总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。

 

 二、传输过程

上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。

 

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。

下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。

 

假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。

---------------------------------------------------------------------------------------
脉冲       主机sbuff   从机sbuff 　　sdi 　　sdo
---------------------------------------------------------------------------------------
0 00-0   10101010  01010101 　　0 　　 0
---------------------------------------------------------------------------------------
1 0--1   0101010x  10101011  　  0  　　1
1 1--0   01010100  10101011  　  0  　　1
---------------------------------------------------------------------------------------
2 0--1   1010100x  01010110  　  1  　　0
2 1--0   10101001  01010110       1  　　0
---------------------------------------------------------------------------------------
3 0--1   0101001x 10101101  　　0  　  1
3 1--0   01010010 10101101  　　0  　  1
---------------------------------------------------------------------------------------
4 0--1   1010010x 01011010  　　1       0
4 1--0   10100101 01011010  　   1  　  0
---------------------------------------------------------------------------------------
5 0--1   0100101x 10110101  　　0  　   1
5 1--0   01001010 10110101  　   0  　　1
---------------------------------------------------------------------------------------
6 0--1   1001010x 01101010  　　1  　　0
6 1--0   10010101 01101010  　　1  　　0
---------------------------------------------------------------------------------------
7 0--1   0010101x  11010101   　 0  　  1
7 1--0   00101010  11010101  　   0  　  1
---------------------------------------------------------------------------------------
8 0--1   0101010x  10101010  　　1  　　0
8 1--0   01010101  10101010  　　1  　　0
---------------------------------------------------------------------------------------

 

这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿，sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。 

  

SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等。

三、内部结构

四、传输时序

SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在SCLK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。

SPI接口没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

 

已知的有的器件SPI已达到50Mbps。具体到产品中SPI的速率主要看主从器件SPI控制器的性能限制。

 

 

五、CPOL和CPHA

在 SPI总线的传输中， SS 信号是低电平有效的，当我们要与某外设通信的时候，需要将该外设上的SS线置低。此外，特别要注意 SPI 从设备支持的 SPI总线最高时钟频率（决定了 SCK 的频率）以及外设的 CPHA、 CPOL 模式，这决定了数据与时钟之间的偏移、采样的时刻以及触发的边沿是上升沿还是下降沿。

 

 SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）可以进行配置。如果 CPOL= 0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果 CPOL= 1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。如果 CPHA= 0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果 CPHA = 1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。