浅谈SPI总线

SPI总线概述

SPI全称是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是由Motorola提出的一种全双工同步串行通信接口，通信波特率可以高达5Mbps，但具体速度大小取决于SPI硬件。SPI接口具有全双工操作，操作简单，数据传输速率较高的优点，但也存在没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据的缺点。

SPI总线的构成及信号类型

SPI总线只需四条线（如图1所示）就可以完成MCU与各种外围器件的通讯:

1）MOSI – Master数据输出,Slave数据输入

2）MISO – Master数据输入,Slave数据输出

3）SCK  – 时钟信号,由Master产生

4）/CS  – Slave使能信号,由Master控制。

                                                                           图1

SPI通信采用主从模式（Master-Slave）架构，一般为一个Master和多个Slave的应用模式。SPI总线构成如图2所示。

                                                                            图2

SPI总线操作时序

SPI接口在Master控制下产生的从器件使能信号和时钟信号，两个双向移位寄存器按位传输进行数据交换，传输数据高位在前，低位在后（MSB first）。如图3所示，在SCK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。

图3

在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：

1) Master通过MOSI线发送1位数据，同时Slave通过MOSI线读取这1位数据

2) Slave通过MISO线发送1位数据，同时Master通过MISO线读取这1位数据

Master和Slave各有一个移位寄存器，如图4所示，而且这两个移位寄存器连接成环状。依照SCK的变化，数据以MSB first的方式依次移出Master寄存器和Slave寄存器，并且依次移入Slave寄存器和Master寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。

                                                                               图4

另外，SPI有四种工作模式，通过设置时钟空闲时为高或者低的状态，以及数据是在时钟的上升沿或下降沿锁存可将SPI配置成相应的工作模式。

SPI总线注意点

1) Master配置SPI接口时钟的时候一定要考虑从设备的操作时序要求，因为Master这边的时钟极性和相位都是以Slave为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要确定Slave是在SCK的下降沿还是上升沿输出数据，是在SCK的上升沿还是下降沿接收数据。

2) 当Slave时钟频率小于Master时钟频率时，如果Master的SCK的速率太快，会出现Slave接收到的数据不正确，而SPI接口又没有应答机制确认Slave是否接收到数据从而导致通信传输数据错误。