SPI通信协议（SPI总线）学习

Posted 2020-10-28 扁桃体也发言

1、什么是SPI？

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一 
种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

2、SPI优点
支持全双工通信
通信简单
数据传输速率块

3、缺点
没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据 
可靠性上有一定的缺陷。

4、特点
1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式
2）：主从机通信模式

5、协议通信时序详解
1）：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多 
个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共 
有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
(1)SDO/MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入;
(2)SDI/MISO – 主设备数据输入，从设备数据输出;
(3)SCLK – 时钟信号，由主设备产生;
(4)CS/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设 
备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需 
要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。

2）：需要说明的是，我们SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配 
置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们 
可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来 
控制我们主设备的通信模式，具体如下：
Mode0：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA 
是用来配置数据采样是在第几个边沿：
CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时
CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时
CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿
CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿

例如：
CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是 
SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。

CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据发送是在第1个边沿，也就是 
SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是 
SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第1个边沿，也就是 
SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

       

需要注意的是：我们的主设备能够控制时钟，因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信 
那样有专门的通信周期，有专门的通信起始信号，有专门的通信结束信号；所以我们的 
SPI协议能够通过控制时钟信号线，当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是
保持高电平要么是保持低电平。

6、内部工作机制

 SSPSR 是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register). 它的主要作用是根据 SPI 
时钟信号状态, 往 SSPBUF 里移入或者移出数据, 每次移动的数据大小由 Bus-Width 以 
及 Channel-Width 所决定.

 

最后，再附上用IO口来模拟的四种SPI模式程序，仅作参考理解用，还要根据实际情况改写，如下：

//表示相关引脚高低电平，要根据实际引脚修改。
SSEL_D(0) SSEL_D(1)  //片选
SCK_D(0)  SCK_D(1)     //时钟信号
MOSI_D(0) MOSI_D(1)   //SDO
MISO_I(0) MISO_I(1)       //SDI


#define _CPOL     1  //时钟极性
#define _CPHA     0  //时钟相位


//延时子程序
void delay()
{
 unsigned char m,n;
     for(n=0;n<5;n++);
    for(m=0;m<100;m++);
}


/**********************************************
模式零           写数据
***********************************************/
#if _CPOL==0&&_CPHA==0          //MODE   0  0   
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(0);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(1);
 }
  SCK_D(0);
}


/*********************************************
模式零         读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(0);
  dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(1);
 }
  SCK_D(0);
  return dat;
}
#endif


/*********************************************
模式一        写数据
*********************************************/
#if _CPOL==0&&_CPHA==1           //MODE  0  1
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 SCK_D(0);
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(0);
 }
}
/*********************************************
模式一       读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
   dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(0);
  return dat;
}
#endif


/**********************************************
模式二           写数据
***********************************************/
#if _CPOL==1&&_CPHA==0           //MODE   1  0
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(1);
}
/*********************************************
模式二          读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(1);
  return dat;
}


#endif



/**********************************************
模式三          写数据
***********************************************/
#if _CPOL==1&&_CPHA==1            //MODE  1  1
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 SCK_D(1);
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(0);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(1);
 }
}

/************************************
模式三          读数据
************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 SCK_D(0);
 for(n=0;n<8;n++)
 { SCK_D(0);
  dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(1);
 }
  SCK_D(1);
  return dat;
}
#endif




void main()
{


SPI_Init();
DDRB = 0XFF;
//#if _CPOL
//SCK_D(0);
//#endif
while(1)
{
//SSEL_D(0);
//SPI_Send_Dat(0x01);
//SPI_Send_Dat(0x31);
//SSEL_D(1);
SSEL_D(0);
SPI_Send_Dat(0x81);
PORTB =SPI_Receiver_Dat();
SSEL_D(1);
//delay();
}
}