SPI接口說(shuō)明及原理

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

SPI是由摩托羅拉于 1985 年前后開(kāi)發(fā)，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(shí)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(shí)標準。

SPI總線(xiàn)是一種4線(xiàn)總線(xiàn)，通常有一個(gè)主設備和一個(gè)或多個(gè)從設備，需要至少4根線(xiàn)，事實(shí)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(shí)鐘信號，由主設備產(chǎn)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(gè)STM32作為主機，一個(gè)W25Q16（SPI Flash）作為從機。還有兩個(gè)MCU之間進(jìn)行SPI通信等。 

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

一主多從

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

A.常規

通常，每個(gè)從機都需要一條單獨的SS線(xiàn)，要與指定的從機通信，將該從機的SS線(xiàn)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(gè)從設備移位到另一個(gè)從設備。

SPI的通信比較簡(jiǎn)單，一個(gè)時(shí)鐘傳輸一位數據（主機 -> 從機，或者從機 -> 主機）。

SPI時(shí)鐘

理論上SPI的時(shí)鐘頻率可以做到很大，一般幾MHz~幾百MHz，拿常見(jiàn)的W25Q16來(lái)說(shuō)，SPI最高支持80MHz。

SPI通信速率要結合實(shí)際情況，不能超過(guò)主機或從機支持的最大時(shí)鐘頻率。

SPI數據

SPI的數據分兩個(gè)方向：

MOSI：主機 -> 從機

MISO：從機 -> 主機

SPI通信有一個(gè)“缺點(diǎn)”：沒(méi)有指定的流控制，沒(méi)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(shí)候主機發(fā)給從機，什么時(shí)候從機發(fā)給主機，到底該發(fā)多少字節數據等。

此時(shí)，需要通信的主機和從機達成約定，一般由主機進(jìn)行控制讀寫(xiě)的操作。

比如下面這個(gè)讀寫(xiě)SPI Flash數據的操作：

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

時(shí)鐘極性和相位

除了設置時(shí)鐘頻率外，主機還必須配置與數據有關(guān)的時(shí)鐘極性和相位。

CPOL確定時(shí)鐘的極性，極性可以通過(guò)簡(jiǎn)單的逆變器進(jìn)行轉換。

CPHA確定相對于時(shí)鐘脈沖的數據位的時(shí)序（即相位）。

一般集成有SPI外設的處理器，都有SPI相關(guān)的配置寄存器，拿STM32來(lái)說(shuō)，參考手冊里面有詳細介紹SPI配置的信息。

建議大家結合時(shí)序圖理解，不要死記硬背。