SPI怎么玩？搞懂時序，運用自如

時間：2021-01-20 16:20:11

關(guān)鍵字： SPI 串行外設(shè)接口通信總線

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[導(dǎo)讀]什么是SPI？SPI是串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)的縮寫，是Motorola公司推出的一種同步串行接口技術(shù)，是一種高速、全雙工、同步的通信總線。

1、什么是SPI？

SPI是串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)的縮寫，是 Motorola 公司推出的一種同步串行接口技術(shù)，是一種高速、全雙工、同步的通信總線。

2、SPI優(yōu)點

支持全雙工通信
通信簡單
數(shù)據(jù)傳輸速率塊

3、缺點

沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機制確認是否接收到數(shù)據(jù)，所以跟IIC總線協(xié)議比較在數(shù)據(jù)可靠性上有一定的缺陷。

4、特點

(1)：高速、同步、全雙工、非差分、總線式
(2)：主從機通信模式

5、SPI電路連接

(1)：SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，有三線制和四線制之分。信號線包括 SDI(串行數(shù)據(jù)輸入 Serial Digital IN)、 SDO(串行數(shù)據(jù)輸出 Serial Digital OUT)、SCLK(時鐘)、 CS(片選)。

(2)： SDO/MOSI – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入

(3)： SDI/MISO – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出

(4)： SCLK – 時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生;

(5)： CS/SS – 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。當(dāng)有多個從設(shè)備的時候，因為每個從設(shè)備上都有一個片選引腳接入到主設(shè)備機中，當(dāng)主設(shè)備和某個從設(shè)備通信時將需要將從設(shè)備對應(yīng)的片選引腳電平拉低(一般低有效)。

6、SPI通信模式分析

SPI通信有4種不同的模式，不同的從設(shè)備在出廠時配置模式已經(jīng)固定，這是不能改變的，但通信雙方設(shè)備必須工作在同一模式下，所以可以對主設(shè)備的SPI模式進行配置，通過 CPOL（時鐘極性）和 CPHA（時鐘相位）來控制主設(shè)備的通信模式。

具體模式具體如下：
：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1

模式	CPOL	CPHA
Mode0	0	0
Mode1	0	1
Mode2	1	0
Mode3	1	1

時鐘極性 CPOL是用來配置SCLK電平的有效態(tài)的;
時鐘相位 CPHA是用來配置數(shù)據(jù)采樣是發(fā)生在第幾個邊沿的。

CPOL=0表示當(dāng)SCLK=0時處于空閑態(tài)，所以SCLK處于高電平時有效；
CPOL=1表示當(dāng)SCLK=1時處于空閑態(tài)，所以SCLK處于低電平時有效；
CPHA=0表示數(shù)據(jù)采樣是在第1個邊沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在第2個邊沿；
CPHA=1表示數(shù)據(jù)采樣是在第2個邊沿，數(shù)據(jù)發(fā)送在第1個邊沿；

SPI主模塊和與之通信的外設(shè)通信時，兩者的時鐘相位和極性應(yīng)該保持一致。

7、SPI 時序詳解

CPOL=0，CPHA=0：此時空閑態(tài)時，SCLK處于低電平，數(shù)據(jù)采樣是在第1個邊沿，也就是SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采樣是在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在下降沿。

CPOL=0，CPHA=1：此時空閑態(tài)時，SCLK處于低電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個邊沿，也就是SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采樣是在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=0：此時空閑態(tài)時，SCLK處于高電平，數(shù)據(jù)采集是在第1個邊沿，也就是SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采集是在下降沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=1：此時空閑態(tài)時，SCLK處于高電平，數(shù)據(jù)發(fā)送是在第1個邊沿，也就是SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數(shù)據(jù)采集是在上升沿，數(shù)據(jù)發(fā)送是在下降沿。

注意：SPI主設(shè)備能夠控制時鐘信號，因為SPI通信并不像UART或者IIC通信那樣有專門的通信周期、通信起始信號、通信結(jié)束信號；所以SPI協(xié)議只能通過控制時鐘信號線，在沒有數(shù)據(jù)交流的時候，時鐘線要么是保持高電平，要么是保持低電平。

例如：工作在模式0這種時序（CPOL＝0，CPHA＝0），如下：

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。