SPI通信协议

wowo2018 · 发表于 2018-12-5 09:29:24

SPI通信协议

一 SPI协议概述

SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚。SPI以主从方式工作模式被广泛应用于电路系统中，本文作者结合自己的项目情况对SPI协议进行解析，并通过LOTO虚拟示波器采集到的数据波形并进行对比分析，方便大家的理解。

SPI通信协议一般只需要四根线将主控芯片与从芯片连接起来，其中四根线分别为：

（1）SDO – 主设备数据输出，从设备数据输入

（2）SDI – 主设备数据输入，从设备数据输出

（3）SCLK – 时钟信号，由主设备产生

（4）CS – 从设备使能信号，由主设备控制

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

实际应用中只需要三根线来进行通信。在SPI是串行通讯协议下，数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线在时钟上升沿或下降沿时改变，完成一位数据传输。输入也使用同样原理。在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据（一个字节数据）的传输。下面是项目中所涉及的SPI通信协议的时序图为16位数据。采用LOTO的OSC802采集到的对应波形如下图所示。 QQ图片20181204163545.png

要注意的是，SCLK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停。当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式有所不同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义。

SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，简单高效。硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。由于SPI没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

二 SPI协议举例
在自己的项目中只用到数据输出模式，因此SPI可串行3线方式进行通信:一条时钟线SCLK，一条输出控制线CS，一条数据输出线SDO;

SPI 模块为了和外设进行数据交换，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。 QQ图片20181204163702.png