分析SPI接口的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1. 接口

SPI接口經(jīng)常被稱為4線串行總線，以主/從方式工作，數(shù)據(jù)傳輸過程由主機(jī)初始化。如圖1所示，其使用的4條信號線分別為：

1) SCLK：串行時鐘，用來同步數(shù)據(jù)傳輸，由主機(jī)輸出;

2) MOSI：主機(jī)輸出從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線;

3) MISO：主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線;

4) SS：片選線，低電平有效，由主機(jī)輸出。

在SPI總線上，某一時刻可以出現(xiàn)多個從機(jī)，但只能存在一個主機(jī)，主機(jī)通過片選線來確定要通信的從機(jī)。這就要求從機(jī)的MISO口具有三態(tài)特性，使得該口線在器件未被選通時表現(xiàn)為高阻抗。

2. 數(shù)據(jù)傳輸

在一個SPI時鐘周期內(nèi)，會完成如下操作：

1) 主機(jī)通過MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機(jī)通過該線讀取這1位數(shù)據(jù);

2) 從機(jī)通過MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機(jī)通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)。

這是通過移位寄存器來實現(xiàn)的。如圖2所示，主機(jī)和從機(jī)各有一個移位寄存器，且二者連接成環(huán)。隨著時鐘脈沖，數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機(jī)寄存器和從機(jī)寄存器，并且依次移入從機(jī)寄存器和主機(jī)寄存器。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時，相當(dāng)于完成了兩個寄存器內(nèi)容的交換。

3. 時鐘極性和時鐘相位

在SPI操作中，最重要的兩項設(shè)置就是時鐘極性(CPOL或UCCKPL)和時鐘相位(CPHA或UCCKPH)。時鐘極性設(shè)置時鐘空閑時的電平，時鐘相位設(shè)置讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘沿。

主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)是同時完成的，兩者的接收數(shù)據(jù)也是同時完成的。所以為了保證主從機(jī)正確通信，應(yīng)使得它們的SPI具有相同的時鐘極性和時鐘相位。

舉例來說，分別選取MSP430控制器和OLED驅(qū)動SH1101A為主從機(jī)，圖3和圖4為它們的SPI時序。由圖4可知，SH1101A的SPI時鐘空閑時為高電平，并且在后時鐘沿接收數(shù)據(jù)，則MSP430控制器SPI的設(shè)置應(yīng)與此保持一致。從圖3中可以看出，要使得時鐘在空閑時為高電平，應(yīng)將UCCKPL置1;要使得在后時鐘沿接收數(shù)據(jù)，應(yīng)將UCCKPH清零。

4. 優(yōu)缺點(diǎn)

SPI接口具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 支持全雙工操作;

2) 操作簡單;

3) 數(shù)據(jù)傳輸速率較高。