SPI總線協議使用與原理

SCSPI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備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以（用于單向傳輸時，也就是半雙工方式）。也是所有基于SPI的設備共有的，它們是SDI（數據輸入MOSI）、SDO（數據輸出MISO）、SCLK（時鐘）、CS（片選）。

（1）MOSI– SPI總線主機輸出/從機輸入（SPI Bus Master Output/Slave Input）；

（2）MISO– SPI總線主機輸入/從機輸出（SPI Bus Master Input/Slave Output)；

（3）SCLK –時鐘信號，由主設備產生；

（4）CS –從設備使能信號，由主設備控制（Chip select），有的IC此pin腳叫SS。

其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能。

接下來就負責通訊的3根線了。通訊是通過數據交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位的傳輸的。這就是SCLK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數據的傳輸。

在點對點的通信中，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。在多個從設備的系統中，每個從設備需要獨立的使能信號，硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。

應用舉例：設主機和從機初始化就緒,并且主機的sbuff=0xaa，從機的sbuff=0x55，下面將分步對spi的8個時鐘周期的數據情況演示一遍：假設上升沿發送數據

脈沖主機sbuff從機sbuff sdi sdo

0 10101010 01010101 0 0

1上0101010x 1010101x 0 1

1下01010100 10101011 0 1

2上1010100x 0101011x 1 0

2下10101001 01010110 1 0

3上0101001x 1010110x 0 1

3下01010010 10101101 0 1

4上1010010x 0101101x 1 0

4下10100101 01011010 1 0

5上0100101x 1011010x 0 1

5下01001010 10110101 0 1

6上1001010x 0110101x 1 0

6下10010101 01101010 1 0

7上0010101x 1101010x 0 1

7下00101010 11010101 0 1

8上0101010x 1010101x 1 0

8下01010101 10101010 1 0

這樣就完成了兩個寄存器8位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對于主機而言的。其中ss引腳作為主機的時候，從機可以把它拉底被動選為從機，作為從機的是時候，可以作為片選腳用。根據以上分析，一個完整的傳送周期是16位，即兩個字節，因為，首先主機要發送命令過去，然后從機根據主機的命令準備數據，主機在下一個8位時鐘周期才把數據讀回來。SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信：一條時鐘線SCK，一條數據輸入線MISO，一條數據輸出線MOSI；用于CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有：可以同時發出和接收串行數據；可以當作主機或從機工作；提供頻率可編程時鐘；發送結束中斷標志；寫沖突保護；總線競爭保護等。下圖示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式

SPI總線四種工作方式SPI模塊為了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被采樣。SPI