SPI串行通信协议

同步串行外设接口（SPI）是由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行

总线，该总线大量用在与EEPROM、ADC、FRAM和显示驱动器之类的慢速外设器件通信。

SPI （Serial Peripheral In terface ）是一种串行串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI接口由SDI （串行数据输入），SDO （串行数据输出），SCK （串行移位时钟），CS （从使能信号）四种信号构成，CS决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CS 信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。通讯时，数据由SDO输出，SDI输入，数据在时钟的上升或下降沿由SDO 输出，在紧接着的下降或上升沿由SDI读入，这样经过8/16次时钟的改变，完成8/16位数据的传输。

总线协议

该总线通信基于主-从（所有的串行的总线均是这样，USB，IIC，SPI等）配置，而且下面提到的方向性的操作合指代全部从主设备的角度说得。它有以下4个信号：

MOSI:主出/从入

MISO:主入/从出

SCK:串行时钟

SS:从属选择；芯片上从属选择” （slave-select）的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。

在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲（好像也可以是IO上的电平的模拟时钟），

摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。然而，最常用的时钟设置基于时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）两个参数，CPOL定义SPI 串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。CPOL 和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。

数据方向和通信速度

SPI传输串行数据时首先传输最高位。波特率可以高达5Mbps ,

具体速度大小取决于SPI硬件。例如，Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。

SPI总线接口及时序

SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串

行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL ）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位

（CPHA ）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。

如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI 接口时序如图3、图4所示。

图3 CPHA=0时SPI 总线数摇传输时序

图4 CPHA=1时SPI 总线数据传输时序

SPI 是一个环形总线结构，由ss (cs )、sck 、sdi 、sdo 构成，其 时序其实很简单，主要是在 sck 的控制下，两个双向移位寄存器进行 数据交换。

假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发 送、下降沿接收、高位先发送。

那么第一个上升沿来的时候数据将会是 sdo=1 ;寄存器

=0101010x 。下降沿到来的时候，sdi 上的电平将所存到寄存器中去， 那么这时寄存器=0101010,sdi ，这样在8个时钟脉冲以后，两个寄存 器的内容互相交换一次。这样就完成里一个

spi 时序。

例子

X MSB

—

MSH

\

SCK'-/'l ：

4-6

SCK^l lir J]7 SCK^irJ/S

)G^DG 二X

::X

SCK(CPOt S< K(t r ]*H

MOSI

MISt)

k.

XX

sc K li'1；：? SCK I'J '-L*

SCKKRUl h scKurot M S MISI

MISO

L 站

假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=Oxaa

(10101010 )，从机的sbuff=0x55( 01010101 )，下面将分步对spi 的

8个时钟周期的数据情况演示一遍：

假设上升沿发送数据.

这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候，从机可以把它拉底被动选为从机，作为从机的是时候，可以作为片选脚用。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的命令准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来，主机产生时钟SCLK , 而数据又必须依靠边沿启动才

能传送。

SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信：一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，—条数据输出线MISO;用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI 主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。图3示出SPI总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式（实线表示）:

图2 SPI总线四种工作方式

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL ）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位

（CPHA ）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI接口时序如图3、图4所示。