SPI---小V的总结

一，SPI简介

                

    SPI(Serial Peripheral Interface---串行外设接口)，Motorola首先在MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器、还有数字信号处理器和数字信号解码器之间等主从设备之间通信，一主一从，一主多从，多主多从等，同一时间只允许一个主机；可配置为主机模式侦测功能，避免多主机冲突。

    SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信、高速、同步传输，数据传输速度总体来说要比I2C总线要快，速度可达几Mbps。

    SPI主要使用4根线，SCLK、MOSI、MISO、NSS。

二，工作原理

1. 硬件的工作原理：（以单主单从为例）

    现在很多主从设备都内置了SPI通信模块，可寄存器配置其工作速率、移位时钟的相位和极性、中断、溢出等工作状态；这里就不一一介绍，请读具体的SPC，以下主要介绍起数据传输的工作原理；

    这里有两个参数需要注意：移位时钟的相位和极性；

    极性---CPOL，决定其空闲时SCLK的电平，0为低；1为高。

    相位---CPHA，决定其采样时间，0为第一个跳变沿采样；1为第二个跳变沿采样。

    本文主要讲解空闲时高电平，第一个跳变沿采样的情况，其他情况简单叙述；

                  

    SPI发送端是单缓冲器，向数据寄存器中写时，不锁存直接并行写入移位寄存器中；

    SPI接收端是双缓冲器，数据寄存器锁存数据，当读取完成后，移位寄存器才向数据寄存器中写数据。

    参照网上，主机发送0b10110001，从机发送0b10110001。

    每次都是主机发起传输，首先片选信号NSS使能，然后移位时钟振动；主机/从机将待发送的数据写入数据寄存器，如果SPI移位寄存器为空，发送缓冲器中的数据传入移位寄存器，数据开始传输。

    1. 主机把移位寄存器中的MSB发送到从机并数据移位。要保证从机在第一个跳变沿采样并锁存MOSI的数据，主机需要在第一个下降沿前半个周期左右，将MSB发送出去，即MOSI=1；

    2. 从机要把移位寄存器中的MSB发送到主机。同样，要保证主机在第一个跳变沿能采样到数据，从机需要在NSS使能的时候就把MSB发送出去，即MISO=0；

    3. 第一个跳变沿，从机采样并锁存MOSI线，主机采样锁存MISO线；

    4. 第二个跳变沿，数据移入移位寄存器中，主机/从机发送第二位数据到总线上；

    5. 第一位发送完成，此时主机移位寄存器是0b01100011，从机为0b01100011;

    6. 重复3、4、5过程，直到8位数据发送完成。

    简单的，主机和从机的两个数据寄存器可被认为是一个16位的循环位移寄存器。主机向从机发数据，从机向主机推数据，实现数据的交换，即全双工通信；

    其中，某些标志位，如传输完成标志位，是硬件置位的，需要手动软件清零，然后才开始下一次传输。

注意：

    数据传输完成前保持低电平，如果SS变为高，SPI将强制进入空闲状态；如果传输过程中置高，传输被取消，同时接受数据的缓冲区也进入空闲状态。根据不同的设备，保存或清除数据；   

    写冲突错误，溢出错误等都需要根据具体设备的SPC来参考，大部分都是由于主从主频或相应速度相差太大，或受到外界干扰，造成发送端发送过快，或接收端接收过慢，使得数据被覆盖等，这里不一一叙述；

2. 软件模拟

    此处为没有SPI接口的设备提供时序的软件模拟，单向传输。不同的设备，timing不同，需要各个击破；

void SPI_BIT_FORMAT(unsigned char Flag){SPI_SCL_Low();if(Flag){    SPI_SDI_Hi();}else  {   SPI_SDI_Low();}SPI_Delay();SPI_SCL_Hi();SPI_Delay();}
void SPI_8b_Out_Data(unsigned char Byte){ unsigned char i, temp,tmp2; tmp2 = Byte; temp=tmp2;  for(i=0;i<8;i++){  temp &= 0x80;  if(temp == 0x80) SPI_BIT_FORMAT(1);  else SPI_BIT_FORMAT(0);  tmp2 <<= 1;  temp = tmp2; }}
void SPI_3W_SET_CMD(unsigned char CMD){SPI_8b_Out_Data(CMD);SPI_SDI_Hi();}

三，优缺点

SPI: 高速同步串行通信，收发独立，可同步进行，实现简单；但是缺乏流控机制，无法对数据确认，并且主机无法知道从机的工作状态，需要软件弥补；主从设备的运行频率相差不应太大，会造成丢失数据。

IIC: 线少，但是需要双向IO口，使用上拉电阻，软件实现较复杂，速度较SPI慢；不能实现全双工。

UART: 需要固定的波特率；

 

                                                                                                                                                                                                    （备注：个人心得，若有错误请指正，谢谢! 小V）