stm32的通信协议SPI（一）：SPI通信协议

1.spi概述

2.spi的硬件电路

• SPI所有通信线都是单端信号，高低电平都是相对GND的电压差，单端信号所有设备都需要共地，主机需要引出VCC与GND给从机供电。
• 时钟线SCK完全由主机掌控，对主机来说，时钟线SCK配置为输出，对所有从机来说，时钟线SCK配置为输入，这样主机的时钟就能同步到各个从机了。
• MOSI，主机输出从机输入，也称DO，主机通过MOSI输出给从机；MISO,主机输入从机输出，也叫DI,从机通过MISO输入主机。
• SS相当于片选， IIC是通过寻址的，SPI通过SS线低电平有效来选择要通信的从机，由主机配置SS线输出低电平，输入到从机，其它从机SS线置高电平。通信结束从机的SS线又置回高电平，想控制几个从机就开几条SS线。
• SPI的输出如SCK,SS,MOSI线都配置为推挽输出，对比IIC开漏输出弱上拉的模式，IIC下降沿快,上升沿不快, 而SPI使用推挽输出，有很高的驱动能力，上升沿与下降沿的速度都很快,所有传输速度就很快。一般SPI都能轻松到达MHz的级别。IIC因为是半双工，既经常要切换输出输入，又要实现多主机的时钟同步与总线仲裁，这些功能不允许IIC使用推挽输出，不然一不小心就电源短路。
• SPI不支持多主机，SPI又是全双工，输出引脚始终是输出，输入始终是输入，基本冲突，可以大胆用推挽输出。但是呢，SPI还是有冲突点的，比如多个从机同时输出的情况，所以要规定一个从机输时其它从机为高阻态，SS低电平时才能恢复为推挽输出。不过写主机的程序可以不用管这个从机的问题。
  

3.SPI的移位示意图

SPI的移位结构有8位的移位寄存器，有时钟输入端，每来一个时钟，移位寄存器都会向左移位，从机也一样，时钟源是由主机的波动率发生器提供的。波特率发生器的时钟上升沿的时候，移位寄存器都向左移位，就是主机与从机的最高位，分别放到MOSI与MISO线上，下降沿的时候主机与从机都会进行数据采样输入，移出的最高位放到对方的最低位；然后是次高位，循环8个时钟主机与从机就交换一个字节了。

SPI的数据收发原理就是基于字节交换的单元。模式如下：

• 发送一个字节：只发送不接收，主机不去看从机的字节就行；
• 接受一个字节：只接受不发送，主机就抛砖引玉，用0X00或0xFF去跟从机交换字节，对主机交换的字节从机也不管。
• 发送接收同时进行。

4.SPI的时序基本单元

基于SPI的字节交换原理，SPI 的时序就很好理解.

SPI总线的时序模式有4种，取决于极性CPOL与相位CPHL。

模式1模式2都是下降沿采样，模式0模式3是上升沿采样。

其中模式1的时序是跟上面的移位示意图匹配的 (不过很多例程用的是模式0.)

上面SPI的硬件电路说过，MISO在SS高电平的时候是保持高阻态的，下图的时序也体现了。

移位传输，CPHA=1, 所以第一个上升沿主机从机左移位。下降沿时候交换位。

这样经过8个时钟就可以交换一个字节的数据。

交换结束，从机的MISO回到高阻态，如果此时主机的MISO是上拉输入，从机的MISO的电平就是高电平。如果主机的MISO引脚电平不确定，，从机的MISO的电平就不确定，SPI没有硬性规定主机MOSI电平.

5.SPI的时序

SPI的有效数据流是指令码+读写位，而IIC的有效数据流是地址+读写位，是寄存器模式的。

SPI从机的芯片手册中有指令集，什么指令对应什么功能，什么指令后面得跟上什么数据，不同指令有不同的字节长度, 使能失能只需要一个指令，读写数据就要多些字节。

(1)发送指令，向SS线指定的从机发送指令。

(2)指定地址写，向SS指定的设备，发送写指令，然后在指定地址，写入指定数据。

(3)指定地址读，向SS指定的设备，发送读指令，然后在指定地址，读取从机数据。