SPI总线的特点、工作方式介绍

1，SPI总线简介

SPI(serial peripheral interface,串行外围设备接口)总线技术是Motorola公司推出的一种高速、同步、全双工的通信总线。它只需要四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。  

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）MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入；

（2   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 – 从设备使能信号，由主设备控制。

其中，CS是控制芯片是否被选中，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号是（高电位或底电位），对芯片的操作才有效，这就允许同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

   接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道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，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。当SPI工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（SDO)输出（高位在前），同时输入引脚（SDI）接受的数据逐位移入到移位寄存器（高位在前）。发送一个字节后，从另一个外围器件接受的字节进入移位寄存器中。即完成一个字节数据的传输的实质是两个器件寄存器内容的交换 。

要注意的是，SCLK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，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。SPI还是一个数据交换协议：因为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。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

最后， SPI接口的一个缺点 ：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。其经典的系统框图如下所示。

2，SPI的工作时序

SPI总线有四种工作方式，其中使用最广泛的是SPI0和SPI3方式

四种工作方式

时序详解：

CPOL:时钟极性选择，为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲时为高电平。

CPHA:时钟相位选择，为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在第二个跳变沿采样。

3，SPI易犯错误

    SPI的内部硬件框图

由图可知，SPI的输入引脚和输出引脚名字没有直接的划分，只要能够保证正确的数据流，名字是自己起的