SPI协议

串行外设接口（SPI） Serial Peripheral Interface

概念

是微控制器与外围IC之间的最广泛使用的接口之一，这些外围IC如传感器，ADC，DAC，移位寄存器，SRAM等。

特点

SPI是一个同步的，基于全双工主从的接口。来自主机或从机的数据在时钟的上升沿或下降沿同步。主机和从机都可以同时传输数据。SPI接口可以是3线或4线。

本篇笔记介绍流行的4线SPI接口。

接口

• 4线SPI器件具有四个信号：

• 时钟（SPI CLK，SCLK）            -> 提供时钟脉冲
• 片选（CS）                                  -> 预先规定使能信号时芯片信号才有效
• 主机输出，从机输入（MOSI）
• 从机输出，主机输出（MISO）

 

 

 

产生时钟信号的设备称为主机。主机和从机之间传输的数据与主机产生的时钟同步。与I 2 C接口相比，SPI器件支持更高的时钟频率。用户应查阅产品数据表以获取SPI接口的时钟频率规范。

SPI接口只能有一个主机，也可以有一个或多个从机。如下图通过片选CS使能来选择控制多个从机。

来自主机的芯片选择信号用于选择从机。这通常是低电平有效信号，并被拉高以使从机与SPI总线断开连接。当使用多个从机时，需要从主机为每个从机提供单独的芯片选择信号。

MOSI和MISO是数据线。MOSI将数据从主设备传输到从设备，而MISO将数据从从设备传输到主机。

数据传输

要开始SPI通信，主机必须发送时钟信号并通过使能CS信号来选择从机。通常，片选是低电平有效信号。

SPI是一个全双工接口。主机和从机都可以分别通过MOSI和MISO线路同时发送数据。

SPI以一个个bit数据来传输的。对主机来说，上升沿为写一位，下降沿为读一位(模式0/3)。

 

SPI的四种模式

SPI Mode	CPOL	CPHA
Mode 0	0	0
Mode 1	0	1
Mode 2	1	0
Mode 3	1	1

 

 

 

 总的来说：

• CPOL表示时钟的初始状态。
  • CPOL=0，初始状态为低电平；CPOL=1，SCK为高电平。
• CPHA表示相位，表示什么时候采样数据。
  • CPHA=0，第一个时钟沿采样数据，CPHA=1，第二个时钟沿采样数据。

一般常用模式0和3，即时钟上升沿采集数据；具体情况根据芯片手册(外接设备)而定。

 

 

用途

SPI协议主要用于短距离(<1M)的通信系统中，特别是嵌入式系统，比如以下芯片：

• 存储器：RAM，EEPROM，Flash等
• 数模转换：A／D，D／A转换器等
• 驱动接口：LED显示驱动器、I／O接口芯片、UART收发器等

 

 

 

 参考文章：

https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html#