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SPI基础知识
一.SPI简介
二.SPI通信工作原理
-2.1.SPI的信号
-2.2.SPI通信数据传输步骤
三.SPI编程要点
-3.1.SPI初始化函数
-3.2.SPI数据传输函数
四.SPI的优缺点
-4.1.SPI的优点
-4.2.SPI的缺点
五.SPI的典型应用
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SPI基础知识
一.SPI简介
二.SPI通信工作原理
-2.1.SPI的信号
-2.2.SPI通信数据传输步骤
三.SPI编程要点
-3.1.SPI初始化函数
-3.2.SPI数据传输函数
四.SPI的优缺点
-4.1.SPI的优点
-4.2.SPI的缺点
五.SPI的典型应用
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# SPI基础知识 ## 一.SPI简介<a name="SPI简介"></a> SPI：Serial Peripheral Interface，串行外设接口，是一种常见的通用通信协议，SPI是单片机（或者SOC）与外设芯片通信的常用通信手段。 在SPI通信中，设备分为主机与从机。主机是控制设备（通常是单片机或者SOC），从机从主机获取指令。SPI协议有三线SPI与四线SPI，其中四线SPI最为常见，四线SPI包含四根信号线： - SCLK：或者SCK，时钟信号，由主机产生。 - CS：或者SS，片选信号，由主机产生。 - MOSI：Master Output Slave Input，数据线，主机输出，从机输入。 - MISO：Master Input Slave Output，数据线，主机输入，从机输出。  ## 二.SPI通信工作原理<a name="SPI通信工作原理"></a> ### 2.1.SPI的信号<a name="SPI的信号"></a> 四线SPI包含四个信号： **1.时钟信号** SPI每个时钟周期传输一位数据，因此SPI数据传输的速率取决于时钟信号的频率。时钟信号是由主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。 设备共享时钟信号的通信协议称为同步通信。SPI是一种同步通信协议，SPI的主机与从机共享时钟信号。 **2.片选信号** 大部分SPI从设备的片选信号是低有效的。主机通过拉低从机的片选信号来使能通信。在空闲/非传输状态下，片选信号保持高电平。在主机上可以存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个不同的从机进行通信，如下图所示。  **3.MOSI和MISO信号** 主机通过MOSI以串行方式将数据发送给从机，从机也可以通过MISO将数据返回给主机，两者可以同时进行。所以SPI是一种全双工的通信协议。 ### 2.2.SPI通信数据传输步骤<a name="SPI通信数据传输步骤"></a> SPI通信数据传输步骤如下： 1.主机拉低CS/SS引脚激活从机，紧接着主机开始输出时钟信号。  2.主机通过MOSI将数据发送给从机。  3.如果主机需要从机的数据，则从机通过MISO将数据返回给主机。  4.完成一次通信之后，主机拉高CS/SS引脚，SPI进入空闲/非传输状态。 ## 三.SPI编程要点<a name="SPI编程要点"></a> 对主机的SPI进行编程，即开发SPI驱动。SPI驱动通常需要至少两个函数：SPI初始化函数与SPI数据传输函数。 ### 3.1.SPI初始化函数<a name="SPI初始化函数"></a> SPI初始化函数用来初始化主机的SPI，通常在主机初始化任务中调用，SPI初始化函数的编程要点： 1.SPI时钟周期或者频率，下图中tSCKL与tSCKH之和即为SPI时钟周期，例如对于1MHz的SPI时钟信号，时钟周期为1us。 2.SPI时钟极性CPOL： - CPOL=0时，时钟空闲时候的电平是低电平，当SCLK有效的时候是高电平 - CPOL=1时，时钟空闲时候的电平是高电平，当SCLK有效的时候是低电平 下图中SCK信号空闲时候的电平是高电平，因此CPOL=1。 3.SPI时钟相位CPHA： - CPHA=0时，数据移位发生在时钟下降沿 - CPHA=1时，数据移位发生在时钟上升沿 下图中数据移位（SDI信号）发生在时钟上升沿，因此CPHA=1。 4.片选信号与时钟信号时序关系参数，如下图中的tCSB_setup与tCSB_hold，通常SPI从设备数据手册中会标注这两个参数的最小值，通常要求主机中设置的参数比最小值稍大一些。 5.SPI数据位宽，几乎所有的单片机（或者SOC）都支持8位数据位宽，其它一些单片机（或者SOC）还支持4位、16位、32位等数据位宽。  ### 3.2.SPI数据传输函数<a name="SPI数据传输函数"></a> SPI数据传输函数用来给主从机之间传输数据，通常在主机周期性任务中调用，SPI数据传输函数的编程要点： 1. 因为一个SPI主机可以驱动多个从机，因此片选信号通常需要作为SPI数据传输函数的一个参数。 2. 因为SPI主机与从机之间通信的数据长度是不确定的，因此数据长度通常需要作为SPI数据传输函数的一个参数。 3. 因为SPI主机与从机之间的通信是双向的，因此需要一个参数存放主机发往从机的数据，需要另一个参数存放从机返回主机的数据，存放数据的参数可以使用指针或者数组。 ## 四.SPI的优缺点<a name="SPI的优缺点"></a> 任何一种通信方式都有优缺点，SPI通信也不例外。 ### 4.1.SPI的优点<a name="SPI的优点"></a> - SPI通信不需要起始位与停止位，因此数据可以连续传输而不会中断，使用非常灵活，一次通信可以收发8个位，16个位，32个位甚至上千个位。 - SPI通信速率较高，低速SPI设备时钟频率在1MHz左右，高速SPI设备时钟频率在10MHz以上。 - SPI有独立的MOSI与MISO信号，可以同时发送和接收数据，效率较高。 ### 4.2.SPI的缺点<a name="SPI的缺点"></a> - SPI通信占用的引脚较多，四线SPI需要占用4个引脚。 - SPI没有任何形式的错误检查，用户如果需要错误检查的话，只能在应用层通过软件编码的方式进行。 ## 五.SPI的典型应用<a name="SPI的典型应用"></a> SPI的典型应用有： - IO扩展，比如一些SPI接口的ADC芯片与DAC芯片可以扩展单片机的AD输入与DA输出。 - 传感器，比如一些SPI接口的压力传感器、温度传感器、加速度传感器等。 - 功率驱动，比如一些SPI接口的低端功率驱动芯片，高端功率驱动芯片等。 - 电源管理，比如一些SPI接口的电源管理芯片。 - 存储器，比如一些SPI接口的EEPROM芯片，FRAM芯片、FLASH芯片等。 - 处理器之间通信，单片机与单片机之间或者单片机与SOC之间可以通过SPI通信。
