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標題: SPI接口通信協議淺談 [打印本頁]

作者: yonko 時間: 2019-12-14 18:15
標題: SPI接口通信協議淺談
沙鷗-成都

1 什么是SPI
SPI是串口外設接口的縮寫，是一種高速的、全雙工、同步的通信協議，是微處理器與外圍IC之間常用的一種通訊方式。
SPI是主從式的通信協議，可以一主機一從機通信，也可以一主機多從機通信。

2 SPI的優缺點
SPI接口簡單，一般只需要4個引腳就可以通信，分別是SCLK、MOSI、MISO、CS，假如只需要單向通信，那么最少只需要2個引腳就可以。

SPI的一個缺點就是沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據，只支持一個主機方式等。

3 SPI怎么工作的
用一句話概括SPI怎么工作的，SPI設備在SCLK時鐘的驅動下，在其上升沿或者下降沿時接收或者發送數據，實現數據傳輸的目的。

3.1 SPI的工作模式
在SPI中，有四種工作模式，可以根據時鐘極性CPOL和時鐘相位CPHA進行選擇。在空閑狀態期間，CPOL位設置時鐘信號的極性。空閑狀態是指傳輸開始時CS為高電平且在向低電平轉變的期間，以及傳輸結束時CS為低電平且在向高電平轉變的期間。CPHA位選擇時鐘相位,根據CPHA位的狀態，使用時鐘上升沿或下降沿來采樣和/或移位數據。主機必須根據從機的要求選擇時鐘極性和時鐘相位來確定工作模式。

如圖 1為一主機和一從機的連接方式。其中SCLK時鐘由主機發出，從機只能跟從主機的控制。MISO為主機的數據輸入引腳，SDO為從機的數據輸出引腳，在SCLK的控制下，數據一位一位地由從機的SDO引腳傳送到主機的MISO引腳。MOSI為主機的輸出引腳，SDI為從機的輸入引腳，在SCLK的控制下，數據一位一位地由主機傳送到從機。CS由主機控制，可以控制選中某一個從機與主機通訊，圖 1為一主機一從機方式，其實可以將從機的CS引腳直接接到低電平表示常選中，那么就節省了CS引腳開支。

如圖 2為模式0時的工作時序。在此模式下，當主機拉低CS電平時（黑色虛線），與其連接的從機被選中，該從機此時與主機進行通信。
當SCLK上升沿來臨時（綠色虛線），主機讀取來自從機輸出的電平信號。
當SCLK下降沿時（藍色虛線），主機送出一位數據，從機此時應當采集主機傳輸過來的信息。
在此時應當注意各個引腳上電平的持續時間，應當符合從機的要求。

3.2 SPI的數據傳輸

在SPI中，數據的接收和發送其實是同時進行的，只不過分別在一個脈沖的上升沿或（和）下降沿中進行。一般來說，在主機和從機中分別有一個移位寄存器，假如沒有硬件的寄存器也可以用程序來虛擬一個移位寄存器。如圖 3，當SCLK一個周期脈沖來臨的時候，主機從移位寄存器的最高位（也可以設置為最低位）開始依次送出一個位的數據到從機移位寄存器的末尾，同時，從機也向主機發送一位數據到主機的移位寄存器的末尾。圖中當SCLK發送8個脈沖之后，主機的移位寄存器和從機的移位寄存器中的數據就完全交換了一次，達到數據傳輸的目的。
在程序處理中，可以在通訊的過程中按照需求改變兩機移位寄存器中的數值，或者選擇是否讀取對方移位寄存器中的數據。

4 SPI多機通信和編程

4.1一主機與多從機數據交換

（1）主機與某一從機之間通信
當主機（master）與從機（slave）需要通信時，主機先將目標從機的CS引腳拉低，表示選中該從機，注意某一時刻只能與一個從機通信，也就是只能有一個從機的CS被拉低選中，再按照圖 2類似的時序寫程序，控制SCLK、MISO、MOSI引腳，讀取從機數據或者向從機發送數據。
程序設計流程：

圖 5為主機控制從機1在SPI 0模式下的一位數據（二進制0或者1）的收發程序流程。參照圖 2，首先拉低從機1的片選信號，主機令SCLK引腳為低電平并保持要求的時間，之后主機令SCLK引腳為高電平，SCLK上升沿來到，此時從機的數據已經輸入到主機的MISO引腳，主機將數據讀入到一個變量里面。主機接著令MOSI引腳輸出指定的電平信號，保持一定時間，再將SCLK引腳拉低，令SCLK產生下降沿，主機輸出數據，這樣就完成一位數據的收發流程。如果主機要與其他從機通信，只需要將其片選信號拉低，并將其余的片選信號拉高即可。

（2）從機與從機之間的通信
從機與從機之間是不能進行直接通信的，但是可以這樣，從機可以將數據傳輸到主機，再由主機將數據發送給目標從機，反之類似。控制器、電路板、自動化、軟件開發定制，業務Q: 2531-263-726

4.2菊花鏈模式

菊花鏈模式避免了過多的CS引腳開支，將上一個設備的輸出引腳（如SDO）與下一設備的輸入引腳（如SDI）串聯起來，數據在SCLK的控制下可以實現從上一個設備到下一個設備的流動循環傳輸。
謝謝關注，全文完。

作者: MNwcy 時間: 2020-3-24 21:28
講的很明白，感謝

作者: xcj610 時間: 2020-3-27 14:42
spi總線能讀寫單片機里面的程序嗎

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