通信协议学习:SPI总线

SPI简介

  • SPI(Serial Peripheral Interface)是一种高速的,全双工,同步的串行通信总线
  • SPI采用主从方式的工作,一般是一主多从的形式,不建议多个主机
  • SPI至少要4根线,分别是MISO(主输入从输出),MOSI,SCLK(时钟线),CS(片选Chip select),片选线用于选择从机,可以有多个片选线。

寻址方式 

 主机要和某个从机进行通信时,主机需要先向对应的从机的片选(CS)线上发送使能信号,这个信号可能是高电平也可能是低电平,通过这个使能信号表示选择从机。

通信过程

  • SPI总线在传输数据时,是先发高位再发低位 。
  • SPI总线发送完一个字节后,接收方不需要应答直接发下一个字节
  • SPI总线是同步工作方式,因为有时钟线SCLK,时钟线在上升沿或者下降沿时发送器发数据,紧接着的下降沿或上升沿接收器接数据。
  • SPI总线通信没有起始和结束信号

SPI总线有四种不同工作方式,取决于极性(CPOL)相位(CPHL)两个因素。 

  • CPOL表示SCLK空闲时候的状态,0表示空闲是低电平,反之是高电平。
  • CPHL表示采样时刻,0表示每个周期的第一个时钟沿采样,反之是第二个时钟沿采样

四种工作方式如下,

CPOL=0  CPHL=0

CPOL=0  CPHL=1

CPOL=1  CPHL=0

CPOL=1  CPHL=1

备注:对于特定的从设备,出厂就会将其设计会特定工作模式,配置时不许保证主机与从机的模式一样才能进行通信。

<think>好的,用户现在问的是SPI通信中先收到低位(LSB)后收到高位(MSB)的情况。之前用户已经询问过MSB FIRST,所以我需要先回顾之前的回答,确保这次的回答不重复,并且补充新的信息。 首先,用户可能是在实际开发中遇到了SPI通信的问题,比如数据解析错误,或者设备通信不成功。他们可能已经知道SPI通常支持MSB优先,但遇到了需要LSB优先的情况,所以想知道为什么会这样,或者如何配置。 接下来,我需要确认SPI的基本概念,尤其是数据传输的顺序。SPI是主从式通信,数据通过MOSI和MISO线传输,由时钟同步。数据传输的顺序(MSB或LSB)通常由设备的规格决定,比如某些传感器或存储器可能要求LSB优先。 用户的问题中提到“先收到低位后收到高位”,也就是LSB FIRST的情况。需要解释这种情况的存在原因,比如设备设计要求、特定协议的需要,或者历史原因。同时,需要说明如何在SPI中配置位顺序,比如通过控制寄存器的设置,或者在代码中调整数据格式。 还要区分位序和字节序,避免用户混淆。之前已经提到过字节序,这里可以简单带过,重点在SPI的位序配置。此外,用户可能需要知道常见的使用场景,比如特定芯片的需求,或者数据格式的要求,例如某些音频编码或加密算法需要LSB优先。 另外,用户可能遇到配置错误导致的问题,比如数据颠倒,这时候需要指导他们检查SPI配置,查看设备手册,或者调整数据转换方法,比如反转字节的位序。 最后,总结LSB FIRST在SPI中的应用场景和配置方法,强调根据设备手册正确设置的重要性,避免兼容性问题。</think>在 **SPI 通信**中,数据位的传输顺序可以是 **MSB FIRST(高位优先)** 或 **LSB FIRST(低位优先)**。若通信中 **先收到低位(LSB)后收到高位(MSB)**,说明 SPI 被配置为 **LSB FIRST 模式**。以下是详细解释: --- ### **1. SPI 通信基本机制** - **SPI(Serial Peripheral Interface)** 是一种同步串行通信协议,通过 **时钟(SCLK)** 同步数据传输。 - 数据传输方向由主设备(Master)控制,通过 **MOSI(Master Out Slave In)** 和 **MISO(Master In Slave Out)** 线收发数据。 - **数据位顺序**(MSB/LSB FIRST)由主设备的配置决定,需与从设备(Slave)匹配。 --- ### **2. LSB FIRST 模式的特点** - **低位优先传输**:发送方**先传输最低有效位(LSB)**,再依次传输高位。 *例如:数值 `0xA5`(二进制 `10100101`)在 LSB FIRST 模式下,传输顺序为 `1→0→1→0→0→1→0→1`(从右到左)。* - **接收端顺序**:接收方会**先收到 LSB**,最后收到 MSB。需在软件或硬件中对数据位进行**反转**,还原原始值。 --- ### **3. 为什么需要 LSB FIRST?** - **兼容性需求**:某些从设备(如特定传感器、存储器)要求 LSB FIRST 模式。 - **协议规定**:部分行业标准或私有协议强制使用低位优先。 - **历史原因**:早期硬件设计可能采用 LSB 优先的约定。 --- ### **4. 如何配置 LSB FIRST 模式?** - **硬件寄存器设置**:通过 SPI 控制寄存器(如 `SPI_CR1` 或 `SPI_CTRL`)中的 **位序控制位**(如 `LSBFIRST`)选择模式。 ```c // 示例:STM32 中设置 LSB FIRST SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB; ``` - **软件实现**:若无硬件支持,可通过**位操作反转**数据: ```c uint8_t reverse_bits(uint8_t data) { return ((data & 0x01) << 7) | ((data & 0x02) << 5) | ((data & 0x04) << 3) | ((data & 0x08) << 1) | ((data & 0x10) >> 1) | ((data & 0x20) >> 3) | ((data & 0x40) >> 5) | ((data & 0x80) >> 7); } ``` --- ### **5. 常见应用场景** - **特定芯片要求**: - 某些 ADC/DAC 芯片(如 ADS8320)要求 LSB FIRST。 - 老式 EEPROM(如 93C46)使用 LSB 优先格式。 - **数据格式需求**: - 某些加密算法或校验计算需要低位优先。 - 音频编码(如 PCM 数据)可能采用 LSB 优先。 --- ### **6. 调试与问题排查** - **数据错位**:若主从设备位序不匹配,接收的数据会**颠倒**。 *例如:发送 `0xA5`(10100101),若误配为 LSB FIRST,接收值为 `0xA5` 反转后的 `0xA5`(巧合),但其他数值会明显错误。* - **解决方案**: 1. 检查从设备手册,确认位序要求。 2. 验证主设备的 SPI 配置(是否启用 LSB FIRST)。 3. 在接收端对数据执行**位反转操作**。 --- ### **7. 总结** - SPI 的 **LSB FIRST 模式**是一种低位优先的传输方式,需与从设备要求严格匹配。 - 实际开发中,**位序配置错误是常见问题**,需通过示波器抓取 SPI 波形或调试工具验证数据顺序。 - 灵活结合硬件配置和软件位反转,可兼容不同位序需求的设备。
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