SPI接口全解析

 

1. 接口

 

SPI接口經(jīng)常被稱為4線串行總線，以主/從方式工作，數(shù)據(jù)傳輸過程由主機初始化。如圖1所示，其使用的4條信號線分別為：

1） SCLK：串行時鐘，用來同步數(shù)據(jù)傳輸，由主機輸出；

2） MOSI：主機輸出從機輸入數(shù)據(jù)線；

3） MISO：主機輸入從機輸出數(shù)據(jù)線；

4） SS：片選線，低電平有效，由主機輸出。

　　
在SPI總線上，某一時刻可以出現(xiàn)多個從機，但只能存在一個主機，主機通過片選線來確定要通信的從機。這就要求從機的MISO口具有三態(tài)特性，使得該口線在器件未被選通時表現(xiàn)為高阻抗。

 

　                                              　 

 

2. 數(shù)據(jù)傳輸

 

在一個SPI時鐘周期內(nèi)，會完成如下操作：

1） 主機通過MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)；

2） 從機通過MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)。

　　
這是通過移位寄存器來實現(xiàn)的。如圖2所示，主機和從機各有一個移位寄存器，且二者連接成環(huán)。隨著時鐘脈沖，數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機寄存器和從機寄存器，并且依次移入從機寄存器和主機寄存器。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時，相當(dāng)于完成了兩個寄存器內(nèi)容的交換。

 

　　                                          

 

3. 時鐘極性和時鐘相位

 

在SPI操作中，最重要的兩項設(shè)置就是時鐘極性（CPOL或UCCKPL）和時鐘相位（CPHA或UCCKPH）。時鐘極性設(shè)置時鐘空閑時的電平，時鐘相位設(shè)置讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘沿。

　　
主機和從機的發(fā)送數(shù)據(jù)是同時完成的，兩者的接收數(shù)據(jù)也是同時完成的。所以為了保證主從機正確通信，應(yīng)使得它們的SPI具有相同的時鐘極性和時鐘相位。

　　
舉例來說，分別選取MSP430控制器和OLED驅(qū)動SH1101A為主從機，圖3和圖4為它們的SPI時序。由圖4可知，SH1101A的SPI時鐘空閑時為高電平，并且在后時鐘沿接收數(shù)據(jù)，則MSP430控制器SPI的設(shè)置應(yīng)與此保持一致。從圖3中可以看出，要使得時鐘在空閑時為高電平，應(yīng)將UCCKPL置1；要使得在后時鐘沿接收數(shù)據(jù)，應(yīng)將UCCKPH清零。

 

　　 

　　 

 

4. 優(yōu)缺點

 

SPI接口具有如下優(yōu)點：

1） 支持全雙工操作；

2） 操作簡單；

3） 數(shù)據(jù)傳輸速率較高。

同時，它也具有如下缺點：

1） 需要占用主機較多的口線（每個從機都需要一根片選線）；

2） 只支持單個主機。

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