SPI协议原理简介

1 SPI概述

SPI：Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口，是Motorola公司提出的一种高速、全双工、同步的通信总线。

感官认识：下图是带SPI接口的实时时钟芯片DS1302封装图。

 

下图是SPI主机和从机的连接图。

引脚说明：

SPI总线传输只需4根线：

SCLK：serial clock，时钟线。

MOSI：master out slave in，master发送数据，slave接收数据。

MISO：master in slave out，master接收数据，slave发送数据。

SS：   slave select，片选，低电平有效。用来选中哪个slave与master通信。

 

2 SPI总线特性：

（1）采用主从模式（Master-Slave）架构，支持单Master多Slave模式应用，通过片选信号选择Slave；

（2）全双工通信，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO，可以同时接收和发送串行数据；数据传输时高位在前，低位在后；

（3）SPI总线传输共有4种模式；

MODE0：CPOL= 0，CPHA=0。串行时钟SCLK空闲状态时为低电平，数据在SCLK时钟的上升沿采样，下降沿输出；

MODE1：CPOL= 0，CPHA=1。串行时钟SCLK空闲状态时为低电平，数据在SCLK时钟的下降沿采样，上升沿输出；

MODE2：CPOL= 1，CPHA=0。串行时钟SCLK空闲状态时为高电平，数据在SCLK时钟的下降沿采样，上升沿输出；

MODE3：CPOL= 1，CPHA=1。串行时钟SCLK空闲状态时为高电平，数据在SCLK时钟的上升沿采样，下降沿输出；

其中比较常用的模式是模式0和模式3。下面单独画出模式0下的SPI时序图

（4）数据速率可达几 Mbps；

（5）无应答机制。

 

特别说明：

（1）SPI总线的2条数据线MOSI和MISO，可以用双向IO口实现，如DS1302，虽然和IIC接口看似相同，实则是SPI总线；

（2）SPI传输模式设置：

看到很多地方都提到了SPI总线传输的4种模式选择，但是很少有提到如何设置，在此做简单介绍。

下图是SPI内部框图，看到有2个控制寄存器：SPI_CR1和SPI_CR2，其中就有CPOL（Clock Polarity，时钟极性）和CPHA（Clock Phase，时钟相位），这2个寄存器用来设置时钟极性和时钟相位。

但：实际我们为什么通常都没有设置呢？

因为我们用的带有SPI接口的芯片，都在出厂时设置好了，也给出了操作时序，我们只需按照芯片手册给出的时序去控制芯片即可，而不用管太多。

所以，对于不同的带有SPI接口的芯片，我们应该关注的是它本身的操作时序。

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