SPI接口

SPI(Serial Peripheral Interface-- 串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使 MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI有三个 寄存器分别为： 控制寄存器SPCR， 状态寄存器SPSR， 数据寄存器SPDR。外围设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、 A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

中文名

串行外设接口

外文名

Serial Peripheral Interface(SPI)

简    称

SPI

类    别

接口

目录

1. 1 应用
2. 2 特点
3. 3 接口信号
4. 4 原理图
5. 5 工作模式

应用

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SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface"，意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、 实时时钟、AD 转换器，还有 数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，低位在前，高位在后，为全双工通信， 数据传输速度总体来说比 I2C总线要快，速度可达到几Mbps。

特点

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信号线少，协议简单，相对数据速率高。

接口信号

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多个从器件硬件连接示意图

（1）MOSI – 主器件 数据输出，从器件数据输入

（2）MISO – 主器件数据输入，从器件数据输出

（3）SCLK – 时钟信号，由主器件产生,最大为fPCLK/2，从模式频率最大为fCPU/2

（4）NSS – 从器件使能信号，由主器件控制,有的IC会标注为CS(Chip select)

在 点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的 移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在SCLK的上升沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。

原理图

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最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

接口内部硬件连接图

工作模式

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通讯时序图

SPI有四种工作模式,各个工作模式的不同在于SCLK不同, 具体工作由CPOL,CPHA决定

CPOL: (Clock Polarity),时钟极性

当CPOL为0时,时钟空闲时电平为低;

当CPOL为1时,时钟空闲时电平为高;

CPHA:(Clock Phase),时钟相位

当CPHA为0时,时钟周期的前一边缘采集数据，时钟周期的后一边缘输出数据;

当CPHA为1时,时钟周期的后一边缘采集数据，时钟周期的后一边缘输出数据;

CPOL和CPHA，分别都可以是0或时1，对应的四种组合就是：

四种工作模式现如下:

四种工作模式