SPI介绍

SPI简介

SPI(Serial Peripheral Interface) 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议，即串行外围设备接口，是一种高速的、全双工、同步的的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间， 要求通讯速率较高的场合。SPI接口在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省了空间，提供方便。

SPI全双工的物理链接

 SPI接口通讯一般使用 3 条总线及片选线，3 条总线分别为 SCK（时钟信号）、MOSI（主设备输出/从设备输入引脚）、MISO（主设备输入/从设备输出引脚），及CS（从设备片选信号）。

MISO： 主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。

MOSI： 主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。

SCLK：串行时钟信号，用于通讯数据同步，由主设备产生。

CS/SS：从设备片选信号，由主设备控制。它的功能是用来作为“片选引脚”，也就是选择指定的从设备，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。

SPI内部结构简明图

数据写到移位寄存器，通过移位寄存器向外传输。［主设备］每向从设备发送一位数据，同时接收到［从设备］一位数据。

常见的几种连线

1.全双工设计的接线

2.半双工设计的接线

3.单工设计的接线

SPI工作原理

SPI是通信协议，意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写［从设备］时，它首先拉低［从设备］对应的SS线（SS是低电平有效），接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，［主设备］把信号发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”。

工作过程

拉低对应SS信号线，表示与该设备进行通信

主机通过发送SCLK时钟信号，来告诉从机写数据或者读数据，这里的SCLK时钟信号可以高电平有效也可以低电平有效，SPI组成有四种模式。（时钟的极性与相位）

主机(Master)将要发送的数据写到发送数据缓存区，缓存区经过移位寄存器(0~7)，串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节一位一位的移出去传送给从机，同时MISO接口接收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到接收缓存区。

从机(Slave)也将自己的串行移位寄存器(0~7)中的内容通过MISO信号线返回给主机。同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据，这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。

外设的读写操作同步完成，只进行写操作，则忽略读操作;主机只进行从机的读操作，则主机须发送一个空字节给从机引发传输。

片选引脚管理（NSS）

①软件模式:

可以设置SPI_CR1寄存器的SSM位来使能这种模式，在这种模式下NSS引脚可以用作它用，而内部NSS信号电平可以通过写SPI_CR1的SSI位来驱动。

②硬件模式:

第一种情况:NSS输出使能，当STM32工作为SPI模式的时，NSS输出已经通过 SPI_CR2寄存器的SSOE位使能，这时NSS引脚被拉低，所有NSS引脚与这个主SPI的 NSS引脚相连并配置为硬件NSS的SPI设备，将自动变成从的SPI设备。

第二种情况:NSS输出被关闭:允许操作于多主环境。

时钟信号的极性和相位

SPI_CR寄存器的CPOL位（时钟极性）和CPHA位（时钟相位）

SPI通信有能够组合成4种可能的时序关系，不同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们主设备的通信模式，具体如下：

时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平，时钟相位(CPHA)定义数据的采集时间。

CPOL=1，表示当空闲状态SCLK为高电平

CPOL=0，表示当空闲状态SCLK为低电平

CPHA=1，在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样，在第1个边沿发送数据

CPHA=0，在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样，在第2个边沿发送数据

主从状态下SPI引脚设置

SPI使用的注意事项

1. 主从设备传输的最高波特率，来定预分频的大小
2. 确定使用SPI四种模式中的哪种（时钟的极性与相位）
3. 闲置状态下，SCK、MOSI、NSS引脚的电平