SPI接口說明及原理

1簡介

SPI：Serial Peripheral Interface，是串行外設接口。

SPI是由摩托羅拉于 1985 年前后開發，是一種適用于短距離、設備到設備通信的同步串行接口。

從那時起，這種接口就已成為許多半導體制造商，特別是微控制器（MCU）和微處理器（MPU）采用的事實標準。

2SPI接口

SPI總線是一種4線總線，通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以。

MOSI：Master Output Slave Input，主設備數據輸出，從設備數據輸入；

MISO：Master Input Slave Output，主設備數據輸入，從設備數據輸出；

SCLK：Serial Clock，時鐘信號，由主設備產生；

SS：Slave Select，從設備選擇信號，由主設備控制；

上面的SS信號，也可以理解為CS信號，一般是低電平有效，所以也是NSS（非）信號；

CS：Chip Select，片選信號（從設備使能/選擇信號），由主設備控制；

一主一從

最基本的SPI通信就是一主一從，比如：一個STM32作為主機，一個W25Q16（SPI Flash）作為從機。還有兩個MCU之間進行SPI通信等。?

上圖例子是主機發送一個字節數據（0x53），從機應答一個字節數據（0x46）。

一主多從

SPI可以一主一從（一個主機，一個從機），但也可以一主多從。一主多從常見有兩種連接方式。

A.常規

通常，每個從機都需要一條單獨的SS線，要與指定的從機通信，將該從機的SS線設為低電平，并將其余的保持為高電平即可。

B.一條SS信號

某些應用只需要一條NSS即可（比如：移位寄存器），對于這種布局，數據從一個從設備移位到另一個從設備。

3SPI數據傳輸

SPI的通信比較簡單，一個時鐘傳輸一位數據（主機 -> 從機，或者從機 -> 主機）。

SPI時鐘

理論上SPI的時鐘頻率可以做到很大，一般幾MHz~幾百MHz，拿常見的W25Q16來說，SPI最高支持80MHz。

SPI通信速率要結合實際情況，不能超過主機或從機支持的最大時鐘頻率。

SPI數據

SPI的數據分兩個方向：

MOSI：主機 -> 從機

MISO：從機 -> 主機

SPI通信有一個“缺點”：沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。

可以理解為：不知道是什么時候主機發給從機，什么時候從機發給主機，到底該發多少字節數據等。

此時，需要通信的主機和從機達成約定，一般由主機進行控制讀寫的操作。

比如下面這個讀寫SPI Flash數據的操作：

前面1字節是指令，緊接著再3字節（24位）地址，都是由主機發送給從機。之后，主機讀取數據（由從機發送出來）。

時鐘極性和相位

除了設置時鐘頻率外，主機還必須配置與數據有關的時鐘極性和相位。

CPOL確定時鐘的極性，極性可以通過簡單的逆變器進行轉換。

CPHA確定相對于時鐘脈沖的數據位的時序（即相位）。

一般集成有SPI外設的處理器，都有SPI相關的配置寄存器，拿STM32來說，參考手冊里面有詳細介紹SPI配置的信息。

建議大家結合時序圖理解，不要死記硬背。

審核編輯 ：李倩

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