24、江科大stm32视频学习笔记——SPI通信协议原理

一、SPI简介(serial Peripheral Interface（串行 外设 接口）)

1、电路模式（采用一主多从的模式）、同步，全双工

• 所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起
• 主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚
• 输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入
• 推挽输出：高低电平都有很强的驱动能力，使得SPI引脚信号的下降沿和上升沿非常迅速
• （IIC因为要实现半双工，经常切换输出输入，IIC又要实现多主机的时钟同步和总线仲裁，若使用推挽输出任意电源短路）
• SPI的MISO可能有冲突，一位内主机是输入，三个从机都是输出，若三个从机始终是推挽输出，势必会导致冲突。
  故SPI有个规定：
  当从机的SS引脚为高电平时，即从机未被选中，其MISO引脚必须切换成高阻态，高阻态相当于引脚断开，不输出任何电平，这样可以防止一条线有多个输出，导致电平冲突问题
  SS为低电平时，MISO才允许变为推挽输出（切换在从机中，不需要关注）

 2、4条信号线

• SS（片选信号线（理解为从机选择线）、Slave Select）:单片机通过给片选信号线高低电平来确定哪一个从机通讯，一般当这根线为低电平时，片选才有效
• SCK（时钟信号线、Serial Clock）：主设备产生
• MOSI（发送信号线、Master Output Slave Input）:主设备从MOSI输出数据，而从设备通过MOSI接收数据
• MISO（接收信号线、Master Input Slave Output）：主设备通过这根线接收数据

3、通信过程

• 写数据：在地址为0x01处写数据0000 1111
• 给存储器发送起始位1，然后发送操作位01，然后地址0x01，数据0000 1111，则存储器的地址0x01就会保存0000 1111数据。
• 读取数据：
• 首先先写起始位1，然后操作码10，最后传递要取的地址符号
• spi是串行同步通信，因此数据线要和时钟线配合使用，才能给存储器发送数据

• 93C46是一个EEPROM存储器，有1024位存储空间，也就是128个字节，每个字节都有属于它的地址，刚好是7位数的二进制数 
• SSI大部分时候是低电平有效，但在93C46中是高电平有效
• 四种采集模式：
• 1、只有在上升沿的时候采集数据（空闲时钟低电平）
• 2、只有在下降沿的时候采集数据（空闲时钟低电平）
• 3、只有在上升沿的时候采集数据（空闲时钟高电平）
• 4、只有在下降沿的时候采集数据（空闲时钟高电平）

4、I2C和SPI的比较

（1）I2C

• I2C在硬件和软件电路设计都比较复杂，但可在消耗最低硬件资源的情况下，实现最多的功能
• 由于I2C开漏外加上拉电阻的电路结构，使得通信线高电平的驱动能力比较弱，这会导致通信线由低电平变到高电平的时候，上升沿耗时比较长，限制了IIC的最大通信速度
• 故IIC的标准模式只有100kHz的时钟频率，快速模式只有400kHz

(2)SPI

• SPI传输更快,没有严格规定最大传输速度,最大传输速度取决于芯片厂商的设计需求,即看手册
• SPI的设计比较简单粗暴,实现的功能没IIC多,硬件开销比较大,通行线的个数比较多哈,并且通行过程中,经常会有资源浪费的现象
• SPI的风格：最简单最快速的完成任务,没有应答机制

二、软件读写W25Q64

1、W25Q64介绍

W25Q64是一个Flash存储器芯片，内部可以存储8M字节的数据，并且是掉电不丢失，若在项目中需要存储大量的数据，可以考虑此芯片。

2、移位示意图

（1）SPI的基础是交换一个字节

 

（2）SPI时序基本单元

交换一个字节（模式0）（应用最多）
CPOL=0（时间极性）：空闲状态时，SCK为低电平
CPHA=0（时钟相位）：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出数据

四个模式

模式0：CPOL=0：空闲SCK为0，CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出

模式1：CPOL=0：空闲SCK为0，CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入

模式2：CPOL=0：空闲SCK为1，CPHA=0：SCK第一个边沿移入数据，第二个边沿移出

模式3：CPOL=0：空闲SCK为1，CPHA=1：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入