SPI總線的工作方式及原理詳解

SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。SPI是一個環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由ss(cs)、sck、sdi、sdo構(gòu)成，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數(shù)據(jù)交換。

SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信：一條時鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO；用于 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有：可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)；可以當作主機或從機工作；提供頻率可編程時鐘；發(fā)送結(jié)束中斷標志；寫沖突保護；總線競爭保護等。

SPI總線有四種工作方式(SP0， SP1， SP2， SP3)，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式。SPI模塊為了和外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性(CPOL)對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。如果 CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。

SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時鐘相位和極性應(yīng)該一致。

SPI時序詳解---SPI接口在模式0下輸出第一位數(shù)據(jù)的時刻SPI接口有四種不同的數(shù)據(jù)傳輸時序，取決于CPOL和CPHL這兩位的組合。圖1中表現(xiàn)了這四種時序，時序與CPOL、CPHL的關(guān)系也可以從圖中看出。

圖1

CPOL是用來決定SCK時鐘信號空閑時的電平，CPOL＝0，空閑電平為低電平，CPOL＝1時，空閑電平為高電平。CPHA是用來決定采樣時刻的，CPHA=0，在每個周期的第一個時鐘沿采樣，CPHA＝1，在每個周期的第二個時鐘沿采樣。由于我使用的器件工作在模式0這種時序（CPOL＝0，CPHA＝0），所以將圖1簡化為圖2，只關(guān)注模式0的時序。

圖2

我們來關(guān)注SCK的第一個時鐘周期，在時鐘的前沿采樣數(shù)據(jù)（上升沿，第一個時鐘沿），在時鐘的后沿輸出數(shù)據(jù)（下降沿，第二個時鐘沿）。首先來看主器件，主器件的輸出口（MOSI）輸出的數(shù)據(jù)bit1，在時鐘的前沿被從器件采樣，那主器件是在何時刻輸出bit1的呢？bit1的輸出時刻實際上在SCK信號有效以前，比SCK的上升沿還要早半個時鐘周期。bit1的輸出時刻與SSEL信號沒有關(guān)系。再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的，那從器件又是在何時刻輸出bit1的呢。從器件是在SSEL信號有效后，立即輸出bit1，盡管此時SCK信號還沒有起效。

從這張圖就可以很清楚的看出主從器件的bit1是怎樣輸出的。