SPI通信协议

一、SPI总线基础知识

1、SPI的特点：

• 高速的（传输速度快）。
• 全双工的（可同时接收发）。
• 同步的（使用同一个时钟）。
• 串行通信总线（一个字节一个字节发送）。

2、SPI的工作方式：

• SPI采用主从机工作方式，一般有一个主设备和一个或多个从设备；
• SPI需要至少4根线
  1、MISO（主设备输入、从设备输出）： 主设备接收从机信息。
  2、MOSI（主设备输出、从设备输入）。 主设备发送信息到从机。
  3、SCLK（时钟）。 ：主设备发送时钟信号。
  4、CS（片选）。 ：主设备选择要控制的从机。
  

二、SPI通信过程

• SPI通信时，先传高位，后传低位。
• 数据线为高电平时表示1，低电平时表示0。
• 时钟线在上升沿时写入信号，则在下降沿读取信号。
• 时钟线在下降沿时写入信号，则在上升沿读取信号。
• 八个时钟周期传输完一个字节数据。

1、SPI的工作模式

• 极性和相位：SPI有四种不同工作模式，取决于 极性（CPOL） 和 相位（CPHA）

CPOL表示SCLK空闲时的状态：
	CPOL = 0,空闲时SCLK为低电平。
	CPOL = 1,空闲时SCLK为高电平。


CPHA表示采样时刻
	CPHA = 0,每个周期的第一个时钟沿采样。
	CPHA = 1,每个周期的第二个时钟沿采样。

2、CPOL = 0, CPHA = 0工作模式

• CPOL = 0，表示空闲时SCLK为低电平。
• CPHA = 0，表示在第一个时钟沿采样。

过程如下：

• 因为CPH = 0，在第一个时钟沿进行采样；
• 因为CPOL = 0，在开始前SCLK一直处于低电平，所以第一个时钟沿是上升沿。
• 由此可以看出设备在上升沿进行采样，在下降沿进行数据写入。

1、在时钟信号开始前，先将数据的最高位写入数据线。
2、开始时钟信号。
3、设备在上升沿时采集数据。
4、设备在下降沿时写入数据的下一位。
5、循环往复，直到8bit传输完成。
6、以此完成一个字节8bit发送完成。

3、CPOL = 0，CPHA = 1工作模式

• CPOL = 0，表示空闲时SCLK为低电平。
• CPHA = 1，表示在第二个时钟沿进行采样。

过程如下：

• 因为CPOL = 0，所以在开始前SCLK一直处于低电平。
• 因为CPHA = 1，所以第一个时钟沿是上升沿，第二个时钟沿是下降沿。需要在下降沿进行采样。所以在上升沿写入数据。

1、开始时钟信号。
2、在上升沿写入数据。
3、在下降沿读取数据。
4、在上升沿对下个位进行数据写入。
5、在下降沿读取数据。
6、以此循环往复，直到一个字节8bit发送完成。

4、CPOL = 1，CPHA = 0工作模式

• CPOL = 1，在空闲时，SCLK为高电平。
• CPHA = 0，在第一个时钟沿进行采样。

过程如下：

• 因为CPOL = 1，所以SCLK一直处于高电平。
• 因为CPHA = 0，所以需要在第一个时钟沿进行采样。第一个时钟沿是下降沿，所以需要在上升沿进行数据写入。

1、时钟信号开始。
2、检测到上升沿，写入最高位。
3、检测到下降沿，读取数据。
4、检测到上升沿，写入下一位。
5、检测到下降沿，读取数据。
6、以此循环往复，直到一个字节8bit发送完成。

5、CPOL = 1，CPHA = 1工作模式

• CPOL = 1，在空闲时SCLK为高电平。
• CPHA = 1，在第二个时钟沿进行采样。

过程如下：

• 因为CPOL = 1，所以SCLK一直处于高电平。
• 因为CPHA = 1，所以需要在第二个时钟沿进行采样。第一个时钟沿是下降沿，第二个时钟沿是上升沿。需要在上升沿进行采样，需要在下降沿进行数据写入。

1、时钟开始。
2、检测到下降沿，写入最高位。
3、检测到上升沿，进行数据读取。
4、检测到下降沿，对下个位进行写入。
5、检测到上升沿，进行数据读取。
6、以此循环往复，直到一个字节8bit发送完成。

6、总结

对于一个特定的从设备来说，一般在出厂时就会将其设置位某种特定的工作模式；我们使用从设备时，必须保证主设备的工作模式和从设备的工作模式是一致的，否则无法进行通信。所以我们一般需要对主设备的CPOL和CPHA进行设置。