淺談SPI總線

SPI總線概述

    SPI全稱是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface），是由Motorola提出的一種全雙工同步串行通信接口，通信波特率可以高達(dá)5Mbps，但具體速度大小取決于SPI硬件。SPI接口具有全雙工操作，操作簡單，數(shù)據(jù)傳輸速率較高的優(yōu)點(diǎn)，但也存在沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。

SPI總線的構(gòu)成及信號(hào)類型

SPI總線只需四條線（如圖1所示）就可以完成MCU與各種外圍器件的通訊:

1）MOSI – Master數(shù)據(jù)輸出,Slave數(shù)據(jù)輸入

2）MISO – Master數(shù)據(jù)輸入,Slave數(shù)據(jù)輸出

3）SCK  – 時(shí)鐘信號(hào),由Master產(chǎn)生

4）/CS  – Slave使能信號(hào),由Master控制。

                                                                           圖1

SPI通信采用主從模式（Master-Slave）架構(gòu)，一般為一個(gè)Master和多個(gè)Slave的應(yīng)用模式。SPI總線構(gòu)成如圖2所示。

                                                                            圖2

SPI總線操作時(shí)序

SPI接口在Master控制下產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)雙向移位寄存器按位傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳輸數(shù)據(jù)高位在前，低位在后（MSB first）。如圖3所示，在SCK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，上升沿一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。

圖3

在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi)，會(huì)完成如下操作：

1) Master通過MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，同時(shí)Slave通過MOSI線讀取這1位數(shù)據(jù)

2) Slave通過MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，同時(shí)Master通過MISO線讀取這1位數(shù)據(jù)

Master和Slave各有一個(gè)移位寄存器，如圖4所示，而且這兩個(gè)移位寄存器連接成環(huán)狀。依照SCK的變化，數(shù)據(jù)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。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時(shí)，相當(dāng)于完成了兩個(gè)寄存器內(nèi)容的交換。

                                                                               圖4

另外，SPI有四種工作模式，通過設(shè)置時(shí)鐘空閑時(shí)為高或者低的狀態(tài)，以及數(shù)據(jù)是在時(shí)鐘的上升沿或下降沿鎖存可將SPI配置成相應(yīng)的工作模式。

SPI總線注意點(diǎn)

1) Master配置SPI接口時(shí)鐘的時(shí)候一定要考慮從設(shè)備的操作時(shí)序要求，因?yàn)镸aster這邊的時(shí)鐘極性和相位都是以Slave為基準(zhǔn)的。因此在時(shí)鐘極性的配置上一定要確定Slave是在SCK的下降沿還是上升沿輸出數(shù)據(jù)，是在SCK的上升沿還是下降沿接收數(shù)據(jù)。

2) 當(dāng)Slave時(shí)鐘頻率小于Master時(shí)鐘頻率時(shí)，如果Master的SCK的速率太快，會(huì)出現(xiàn)Slave接收到的數(shù)據(jù)不正確，而SPI接口又沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)Slave是否接收到數(shù)據(jù)從而導(dǎo)致通信傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。