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1.SPI接口原理

串行外圍設備接口(Serial Peripheral Interface,SPI)，用來在微控制器和外圍設備芯片之間提供一個低成本、易使用的接口(SPI有時候也被稱為4線接口)。這種接口可以用來連接存儲器(存儲數(shù)據(jù))、A/D轉換器、D/A轉換器、實時時鐘日歷、LCD驅動器、傳感器等等。

SPI主要使用四個信號：主機輸出/從機輸入(MOSI)、主機輸入/從機輸出(MISO)、串行SCLK或SCK、外設芯片(CS)。有些處理器有SPI接口專用的芯片選擇，稱為從機選擇SS。

MOSI信號由主機產(chǎn)生，從機接受。在有些芯片上，MOSI只被簡單地標為串行輸入(SI),或者串行數(shù)據(jù)輸入SDI。MISO信號由從機產(chǎn)生，不過還是在主機的控制下產(chǎn)生的。在一些芯片上，MISO有時被稱為串行輸出(SO),或者串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)。外設片選信號通常只是由主機的備用I/O引腳產(chǎn)生。

與標準的串行接口接口不同，SPI是一個同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個共同的時鐘，這個同步時鐘信號由主機產(chǎn)生，接收數(shù)據(jù)的外設使用時鐘來對串行比特流的接受進行同步化。可以將多個具有SPI接口的芯片連到主機的同一個SPI接口上，主機通過控制從設備的片選輸入引腳來選擇接受數(shù)據(jù)的從設備。

2.SPI傳輸過程

主機和外設都包含一個串行移位寄存器，主機通過它的SPI串行寄存器寫入一個字節(jié)來發(fā)起一次傳輸。寄存器是通過MOSI信號線將字節(jié)傳送給外設，外設也將自己的移位寄存器中的內容通過MISO信號線返回給主機。這樣，兩個移位寄存器中的內容就被交換了。外設的寫操作和讀操作是同步完成的，因此SPI成為一個很有效的協(xié)議。

如果只是進行寫操作，主機只需忽略收到的字節(jié);反過來，如果主機要讀取外設的一個字節(jié)，就必須發(fā)送一個空字節(jié)來引發(fā)從機的傳輸。

當主機發(fā)送一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流時，有些外設能夠進行多字節(jié)傳輸。許多擁有SPI接口的存儲器芯片都以這種方式工作。在這種傳輸方式下，SPI外設的芯片選擇端必須在整個傳輸過程中保持低電平。比如，存儲器芯片會希望在一個“寫“命令之后緊接著收到的是四個地址字節(jié)(起始地址)，這樣，后面接受到的數(shù)據(jù)就可以存儲到該地址。一次傳輸可能會涉及千字節(jié)的移位或更多信息。

其他外設只需要一個單字節(jié)(比如一個發(fā)給A/D轉換器的命令)，有些甚至還支持菊花鏈連接，菊花鏈連接三臺SPI設備，如下圖：

主機處理器從其SPI接口發(fā)送三個字節(jié)的數(shù)據(jù)。第一個字節(jié)發(fā)送給外設A，當?shù)诙�個字節(jié)發(fā)送給外設A的時候，第一個字節(jié)已移出了A，而傳送給了B。同樣，主機想要從外設A讀取一個結果，它必須再發(fā)送一個3字節(jié)(空字節(jié))的序列，這樣就可以把A中的數(shù)據(jù)移到B中，然后再移到C中，最后送回到主機。在這個過程中，主機還依次從B和C接受到字節(jié)。

注意，菊花鏈連接不一定適用于所有的SPI設備，特別是要求多字節(jié)傳輸?shù)脑O備(比如存儲器芯片)，有的外設芯片也不支持菊花鏈連接。

根據(jù)時鐘極性和時鐘相位的不同，SPI有四個工作模式：

時鐘極性CPOL有高、低兩極;時鐘極性為低電平時，空閑時時鐘(SCK)處于低電平，傳輸時跳到高電平;時鐘極性為高電平時，空閑時時鐘處于高電平，傳輸時跳到低電平。

時鐘相位CPHA有兩個：時鐘相位0和時鐘相位1。當時鐘相位為0時，時鐘周期的前一邊緣采集數(shù)據(jù);當時鐘相位為1時，時鐘周期的后一邊緣采集數(shù)據(jù)。