SPI通信详解
一、SPI简介
1、什么是SPI？
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器等器件之间的通信。它在芯片中只占用四根管脚 (Pin) 用来控制以及数据传输, 节约了芯片的引脚 数目, 同时为 PCB 在布局上节省了空间. 正是出于这种简单易用的特性, 现在越来越多的芯片上都集成了 SPI技术。
2、SPI的优点
SPI支持高速、同步、全双工、非差分、总线式通信
3、SPI的缺点
没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷。
二、SPI物理连接
1、主从模式
SPI规定了两个SPI设备之间通信必须由主设备（Master）来控制从设备（Slave）。一个主设备可以通过时钟线和片选线来控制多个从设备，时钟线由主设备提供，从设备不能产生或控制时钟线。
2、SPI物理连接方式
SPI的物理连接比较简单，至少需要4根线（双向），其实要是单向通信的话，3根线也是可以的。这4根线分别是是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。SPI通信没有读和写的说法，实质上每次通信都是数据的交换，也就是主设备发送了一个数据必会收到一个数据，要收到一个数据也要发送一个数据。
(1)SDO/MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入;
(2)SDI/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/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时，要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。
三、SPI通信的时序（四种模式）
1、SPI通信支持四种模式，从设备从出厂开始可能就已经配置成某种模式，这是不能改变的，通信双方的通信模式要一致才能正常通信，我们只能配置主设备的通信模式。SPI的通信模式是通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们主设备的通信模式。
CPOL（时钟极性）：用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态。
（1）CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时；
（2）CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时.。
CPHA（时钟相位）：用来配置数据采样是在SCL的第几个跳变边沿。
（1）CPHA=0，表示数据采样是在第1个跳变边沿，数据发送在第2个跳变边沿。
（2）CPHA=1，表示数据采样是在第2个跳变边沿，数据发送在第1个跳变边沿。
对CPOL和CPHA进行不同设置是SPI通信的四种模式
Mode0：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1
2、SPI通信时序分析
CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。
CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据发送是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。
CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。
CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第1个边沿，也就是SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。
3、注意事项
需要注意的是：我们的主设备能够控制时钟，因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信那样有专门的通信周期，有专门的通信起始信号，有专门的通信结束信号；所以我们的SPI协议能够通过控制时钟信号线，当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是保持高电平要么是保持低电平。
4、通信过程数据交换
从图中可以看出， 主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的 SPI 串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过 MOSI 信号线将字节传送给从机，从机也将自己的移位寄存器中的内容通过 MISO 信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。