SPI总线的接口

1. SPI总线的概述

1. SPI接口是Motorola首先提出的 全双工 同步 串行外围接口；
2. 采用主从模式（Master-Slave）架构，支持多slave模式应用，一般仅支持单Master；
3. 时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据传输，高位在前，低位在后（MSB first）；
4. SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，目前应用中的数据速率可达几Mbps的水平；
5. SPI总线被广泛的用在FLASH、ADC、LDC等设备与MCU间通信，要求通讯速率较高的场合。

2. SPI总线的硬件拓扑结构

SPI接口共有4根信号线，分别是：

1. 设备选择线：也称为片选线，一般用于选择和哪个设备进行通信的，低电平有效。

/CS /SS NCS NSS

2. 时钟线：串行同步时钟线。

CLK SCLK SCK

3. 串行输出数据线：主机输出数据，从机输入数据线。

MOSI：Master Output Slave Input

4. 串行输入数据线：主机输入数据，从机输出数据线。

MISO：Master Input Slave Output

MOSI：主器件数据输出，从器件数据输入
MISO：主器件数据输入，从期间数据输出
SCLK：时钟信号，由主器件产生
NCS：从器件使能信号，由主器件控制（片选）

2.1 4线制SPI总线

2.1.1 单主机单从机

2.1.2 单主机多从机

在同一时间只能有一根片选线拉低，选择对应的从机通信。

2.2 三线制

2.2.1 单主机单从机

3. SPI总线的通信协议

起始信号：NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。

结束信号：NSS信号线由低变高，是SPI通讯的停止信号。

在时钟的上升沿时，主机向MOSI数据线上写入数据，从机向MISO数据线上写入数据，此时MOSI和MISO数据线上的数据可以改变；在时钟的下降沿时，主机从MISO数据线上读取数据，从机从MOSI数据线上读取数据，此时MOSI和MISO数据线上的数据必须保持稳定。

数据传输：SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一个bit位数据，且数据输入输出是同时进行的。SPI每次数据传输可以8位或16位为单位，每次传输的单位数不受限制。

3.1 SPI总线的4种通信模式

在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）这两项即是主从设备间数据采样的约定方式。

时钟极性CPOL：设置时钟空闲时的电平

当CPOL = 0，SCK引脚在空闲状态下保持低电平。

当CPOL = 1，SCK引脚在空闲状态下保持高电平。

时钟相位CPHA：设置数据采样时的时钟边沿：

当CPHA = 0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的奇数边沿被采样

当CPHA = 1时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的偶数边沿被采样

由CPOL及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同模式下才可以正常通讯，因此通常主机要按照从机支持的模式去设置。