SPI相关理论知识总结

ＳＰＩ

１简述

    SPI（SerialPeripheral Interface）:串行外设接口。SPI,是一种全双工（可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且B→A））、同步的通行总线。目前传输速度可以达到几Mbps，数据传输速度总体来说比I2C总线要快。SPI接口主要应用在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。

       必须明白SPI接口是物理特性，是实实在在存在的接口，就像USB接口一样。SPI协议是为了使数据进行传输双方约定的一种传输协议（不然双方怎么知道什么时候该接收数据，什么时候该发数据）。如果没有SPI接口，则可以用程序模拟SPI通信（注意仅仅只是模拟）。

       SPI以总（Master）从（Slave）方式工作，通常有一个主设备和若干个从设备，其中从设备是否工作由主设备通过控制片选CS(SS)来决定。

        由于SPI接口是同步串行外围接口，SPI是串行通讯协议。也就是说数据是一位一位的传输的，这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，数据的输出与输入是基于脉冲的上升沿或下降沿完成传输。

    优点：

（1）由于时钟信号线(SCLK)只由主设备控制，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。

（2）SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效

（3）接口简单（SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器），利于硬件设计与实现。

（4）相对抗干扰强，传输稳定。

    缺点：

（1）   没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，主从器件均不对消息进行确认，且主设备无法得知从设备是否繁忙，导致增加了软件开销。

（2）   没有多主模式，必须在软件设计和外部逻辑上实现多主器件架构，比较复杂。

（3）   在多个从器件的系统中,每个从器件需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。。

2.引脚介绍

（1）MISO[Masterinput slave output](SDO) – 主设备数据输出，从设备数据输入；

（2）MOSI[Masteroutput slave input](SDI) – 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、NSS)– 从设备使能信号，由主设备控制。

3.四种工作模式及时序分析

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，数据按位传输，高位在前，地位在后。

4种模式完全由时钟决定，其中根据时钟的极性（CPOL）和相位（CPHA）的不同组成4种不同模式，具体见表3-1。

表3-1  4种不同的传输模式

 

 

传输模式

时钟极性（CPOL）

时钟相位（CPHA）

CPOL:定义时钟空闲时候（不工作）时候的电平

CPOL=0：空闲为低电平

CPOL=1：空闲为高电平

CPHA:定义数据在跳变沿（上升或下降沿）的采样时间。

CPHA=0：第一个跳变沿进行数据采样

CPHA=1：第二个跳变沿进行数据采样

SP0

0

0

SP1

0

1

SP2

1

0

SP3

1

1

       SPI模块再与外设进行数据交换时候，根据外设工作要求，可以对CPOL和CPHA进行配置，SPI主模块和其通信外围设备的时钟相位和极性应该一致。SPI的4种工作方式中，其中引用比较广泛的是SPI0和SPI3。下面以图解的形式进行讲解,如图3-1，3-2。

图3-1  4种传输模式

图3-2  4种传输模式详解

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附1：移位寄存器的工作方式

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