SPI接口详细介绍

一条于

1. 概述
SPI = Serial Peripheral Interface，是串行外围设备接口，是一种高速，全双工，同步的通信总线。常规只占用四根线，节约了芯片管脚，PCB的布局省空间。现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，常见的有EEPROM、FLASH、AD转换器等。

[li]优点：[/li]

支持全双工，push-pull的驱动性能相比open-drain信号完整性更好；
支持高速（100MHz以上）；
协议支持字长不限于8bits，可根据应用特点灵活选择消息字长；
硬件连接简单；

[li]缺点：[/li]

相比IIC多两根线；
没有寻址机制，只能靠片选选择不同设备；
没有从设备接受ACK，主设备对于发送成功与否不得而知；
典型应用只支持单主控；
相比RS232 RS485和CAN总线，SPI传输距离短；

2. 硬件结构
SPI总线定义两个及以上设备间的数据通信，提供时钟的设备为主设备Master，接收时钟的设备为从设备Slave；

[li]信号定义如下：[/li]

SCK : Serial Clock 串行时钟
MOSI : Master Output, Slave Input 主发从收信号
MISO : Master Input, Slave Output 主收从发信号
SS/CS : Slave Select 片选信号

[li]电路连接如下：[/li]

单个主设备和单个从设备：

                               
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单个主设备和多个从设备，通过多个片选信号或者菊花链方式实现：

                               
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3. 寄存器类型
Motorola定义的SPI寄存器包括：
SPI Control Register 1 (SPICR1)    控制寄存器1
SPI Control Register 2 (SPICR2)    控制寄存器2
SPI Baud Rate Register (SPIBR)    波特率寄存器
SPI Status Register (SPISR)            状态寄存器  （只读   其余均可读可写）
SPI Data Register (SPIDR)              数据寄存器
通过往寄存器中写入不同的值，设置SPI模块的不同属性。

4. SPI传输模式
通过设置控制寄存器SPICR1中的CPOL和CPHA位，将SPI可以分成四种传输模式。
CPOL，即Clock Polarity，决定时钟空闲时的电平为高或低。对于SPI数据传输格式没有显著影响。
1 = 时钟低电平时有效，空闲时为高
0 = 时钟高电平时有效，空闲时为低
CPHA，即Clock Phase，定义SPI数据传输的两种基本模式。
1 = 数据采样发生在时钟（SCK）偶数（2,4,6,...,16）边沿（包括上下边沿）
0 = 数据采样发生在时钟（SCK）奇数（1,3,5,...,15）边沿（包括上下边沿）

四种模式如下图所示：
先看第一列两张图（CPHA = 0），采样发生在第一个时钟跳变沿，即数据采样发生在SCK奇数边沿；再看第二列（CPHA =1），采样发生在第二个时钟跳变沿，即数据采样发生在SCK偶数边沿。
第一行两张图，第二行两张图（CPOL = 1），SCK空闲状态为高电平。

                               
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主从设备进行SPI通讯时，要确保它们的传输模式设置相同。
其中mode0和mode3最为常见，SPI接口的flash中均会有标注。
5. 读写操作

[li]标准SPI读写为例[/li]

                               
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片选---读指令---地址---数据读出

                               
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片选---写指令---地址---数据写入

[li]Dual I/O Fast Read Sequence Diagram  双路IO[/li]

                               
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[li]Quad I/O Fast Read Sequence Diagram  四路IO[/li]

                               
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与IIC一样，是一种最常见的板内芯片间的串行接口。

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御龙

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