SPI接口学习

[if !supportLists]1. [endif]概述[if !supportLists]1. [endif]概述

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。

[if !supportLists]2. [endif]优点

支持全双工通信,push-pull的驱动性能相比open-drain信号完整性更好;通信简单,硬件连接简单;数据传输速率块

支持高速(100MHz以上);

协议支持字长不限于8bits,可根据应用特点灵活选择消息字长;

[if !supportLists]3. [endif]缺点

1)没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据,所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷;

2)典型应用只支持单主控;

3)相比RS232 RS485和CAN总线,SPI传输距离短;

4.特点 1):高速、同步、全双工、非差分、总线式2):主从机通信模式

5.硬件结构

SPI总线定义两个及以上设备间的数据通信,提供时钟的设备为主设备Master,接收时钟的设备为从设备Slave;

信号定义如下:

(1)MOSI – 主器件数据输出,从器件数据输入

(2)MISO – 主器件数据输入,从器件数据输出

(3)SCLK – 时钟信号,由主器件产生

(4)CS/SS – 从器件使能信号,由主器件控制

电路连接如下:

单个主设备和单个从设备:

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。

[if !supportLists]2. [endif]优点

支持全双工通信,push-pull的驱动性能相比open-drain信号完整性更好;通信简单,硬件连接简单;数据传输速率块

支持高速(100MHz以上);

协议支持字长不限于8bits,可根据应用特点灵活选择消息字长;

[if !supportLists]3. [endif]缺点

1)没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据,所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷;

2)典型应用只支持单主控;

3)相比RS232 RS485和CAN总线,SPI传输距离短;

4.特点 1):高速、同步、全双工、非差分、总线式2):主从机通信模式

5.硬件结构

SPI总线定义两个及以上设备间的数据通信,提供时钟的设备为主设备Master,接收时钟的设备为从设备Slave;

信号定义如下:

(1)MOSI – 主器件数据输出,从器件数据输入

(2)MISO – 主器件数据输入,从器件数据输出

(3)SCLK – 时钟信号,由主器件产生

(4)CS/SS – 从器件使能信号,由主器件控制

电路连接如下:

单个主设备和单个从设备:


单个主设备和多个从设备,通过多个片选信号或者菊花链方式实现:


6.寄存器类型

Motorola定义的SPI寄存器包括:

SPI Control Register 1 (SPICR1)   控制寄存器1

SPI Control Register 2 (SPICR2)   控制寄存器2

SPI Baud Rate Register (SPIBR)    波特率寄存器

SPI Status Register (SPISR)     状态寄存器(只读其余均可读可写)

SPI Data Register (SPIDR)      数据寄存器

7.SPI传输模式

通过设置控制寄存器SPICR1中的CPOL和CPHA位,将SPI可以分成四种传输模式。

CPOL,即Clock Polarity,决定时钟空闲时的电平为高或低。对于SPI数据传输格式没有显著影响。

1=时钟低电平时有效,空闲时为高

0=时钟高电平时有效,空闲时为低

CPHA,即Clock Phase,定义SPI数据传输的两种基本模式。

1=数据采样发生在时钟(SCK)偶数(2,4,6,...,16)边沿(包括上下边沿)

0=数据采样发生在时钟(SCK)奇数(1,3,5,...,15)边沿(包括上下边沿)

我们SPI通信有4种不同的模式,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:

Mode0:CPOL=0,CPHA=0Mode1:CPOL=0,CPHA=1Mode2:CPOL=1,CPHA=0Mode3:CPOL=1,CPHA=1

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态,时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿:CPOL=0,表示当SCLK=0时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于高电平时CPOL=1,表示当SCLK=1时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于低电平时CPHA=0,表示数据采样是在第1个边沿,数据发送在第2个边沿CPHA=1,表示数据采样是在第2个边沿,数据发送在第1个边沿

四种模式如下图所示:

先看第一列两张图(CPHA = 0),采样发生在第一个时钟跳变沿,即数据采样发生在SCK奇数边沿;再看第二列(CPHA =1),采样发生在第二个时钟跳变沿,即数据采样发生在SCK偶数边沿。

第一行两张图,CK空闲状态为低电平,第二行两张图(CPOL = 1),SCK空闲状态为高电平。


其中mode0和mode3最为常见,SPI接口的flash中均会有标注。

需要注意的是:我们的主设备能够控制时钟,因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信那样有专门的通信周期,有专门的通信起始信号,有专门的通信结束信号;所以我们的SPI协议能够通过控制时钟信号线,当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是保持高电平要么是保持低电平。

8.内部工作机制

SSPSR 是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register). 它的主要作用是根据 SPI时钟信号状态, 往 SSPBUF 里移入或者移出数据, 每次移动的数据大小由 Bus-Width 以及 Channel-Width 所决定.

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