SPI接口的概念,數(shù)據(jù)傳輸, 時(shí)鐘極性、時(shí)鐘相位以及優(yōu)缺點(diǎn)解析

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）是Motorola公司提出的一種同步串行數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在很多器件中被廣泛應(yīng)用。1. 接口SPI接口經(jīng)常被稱(chēng)為4線串行總線，以主/從方式工作，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程由主機(jī)初始化。如圖1所示，其使用的4條信號(hào)線分別為：1) SCLK：串行時(shí)鐘，用來(lái)同步數(shù)據(jù)傳輸，由主機(jī)輸出；2) MOSI：主機(jī)輸出從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線；3) MISO：主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線；4) SS：片選線，低電平有效，由主機(jī)輸出。在SPI總線上，某一時(shí)刻可以出現(xiàn)多個(gè)從機(jī)，但只能存在一個(gè)主機(jī)，主機(jī)通過(guò)片選線來(lái)確定要通信的從機(jī)。這就要求從機(jī)的MISO口具有三態(tài)特性，使得該口線在器件未被選通時(shí)表現(xiàn)為高阻抗。

2. 數(shù)據(jù)傳輸

在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi)，會(huì)完成如下操作：1) 主機(jī)通過(guò)MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù)；2) 從機(jī)通過(guò)MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù)。這是通過(guò)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示，主機(jī)和從機(jī)各有一個(gè)移位寄存器，且二者連接成環(huán)。隨著時(shí)鐘脈沖，數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機(jī)寄存器和從機(jī)寄存器，并且依次移入從機(jī)寄存器和主機(jī)寄存器。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時(shí)，相當(dāng)于完成了兩個(gè)寄存器內(nèi)容的交換。

3. 時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位

在SPI操作中，最重要的兩項(xiàng)設(shè)置就是時(shí)鐘極性（CPOL或UCCKPL）和時(shí)鐘相位（CPHA或UCCKPH）。時(shí)鐘極性設(shè)置時(shí)鐘空閑時(shí)的電平，時(shí)鐘相位設(shè)置讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)鐘沿。主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)是同時(shí)完成的，兩者的接收數(shù)據(jù)也是同時(shí)完成的。所以為了保證主從機(jī)正確通信，應(yīng)使得它們的SPI具有相同的時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位。舉例來(lái)說(shuō)，分別選取MSP430控制器和OLED驅(qū)動(dòng)SH1101A為主從機(jī)，圖3和圖4為它們的SPI時(shí)序。由圖4可知，SH1101A的SPI時(shí)鐘空閑時(shí)為高電平，并且在后時(shí)鐘沿接收數(shù)據(jù)，則MSP430控制器SPI的設(shè)置應(yīng)與此保持一致。從圖3中可以看出，要使得時(shí)鐘在空閑時(shí)為高電平，應(yīng)將UCCKPL置1；要使得在后時(shí)鐘沿接收數(shù)據(jù)，應(yīng)將UCCKPH清零。

4. 優(yōu)缺點(diǎn)SPI接口具有如下優(yōu)點(diǎn)：1) 支持全雙工操作；2) 操作簡(jiǎn)單；3) 數(shù)據(jù)傳輸速率較高。同時(shí)，它也具有如下缺點(diǎn)：1) 需要占用主機(jī)較多的口線（每個(gè)從機(jī)都需要一根片選線）；2) 只支持單個(gè)主機(jī)。