SPI总线协议及SPI时序图详解.doc

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。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，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。 SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 SPI（Serial Peripheral Interface）总线协议是一种广泛应用的通信协议，特别是在嵌入式系统和微控制器之间进行高速数据传输。SPI接口通常由四个信号线组成：SS（Slave Select，也称CS，Chip Select）、SCK（Serial Clock）、SDI（Serial Data Input）和SDO（Serial Data Output）。这些信号线共同协作，实现主设备（Master）与从设备（Slave）之间的全双工通信。 1. **SPI总线结构**： SPI采用环形总线结构，其中SS线用于选择一个或多个从设备，SCK是主设备提供的同步时钟信号，SDI是从设备向主设备传输数据的输入线，而SDO是主设备向从设备传输数据的输出线。这种设计允许主设备同时与多个从设备通信，只需通过不同的SS线切换。 2. **SPI时序**： - 时钟极性（CPOL）：定义了SCK在空闲状态下的电平，0表示低电平，1表示高电平。 - 时钟相位（CPHA）：决定了数据是在时钟边缘的上升沿还是下降沿被采样。0表示在时钟的前半周期采样数据，1表示在后半周期采样。 在本例中，描述提到“上升沿发送、下降沿接收”，这表明CPOL = 0且CPHA = 1，即SCK在低电平时保持稳定，数据在SCK的上升沿被发送，而在下降沿被接收。 3. **SPI数据交换**： 数据传输过程中，主机的SDO在每个时钟上升沿向从设备发送一位数据，而从设备的SDI在下降沿向主机发送一位数据。通过这种方式，两个双向移位寄存器在SCK的控制下完成数据交换。例如，主机的sbuff和从机的sbuff分别初始化为0xaa和0x55，通过8个时钟周期的交互，完成了两个寄存器8位的交换。 4. **SPI操作流程**： - 主设备初始化SPI接口，设置适当的时钟频率、CPOL和CPHA。 - 选择要通信的从设备（通过拉低对应的SS/CS线）。 - 开始传输，主设备在SCK的上升沿发送数据，从设备在下降沿接收数据，反之亦然。 - 完成数据交换后，主设备可以取消选中从设备，或者继续进行下一个数据传输周期。 5. **SPI传输效率**： SPI协议的速度取决于主设备的时钟频率，由于其全双工性质，数据可以在发送的同时接收，因此能实现高速数据传输。然而，需要注意的是，所有从设备都共享同一个SCK，因此最慢的从设备将限制整个SPI总线的传输速率。 6. **SPI的应用**： SPI协议因其简单、高效的特点，广泛应用于各种电子设备中，如传感器、显示屏、存储器（如EEPROM、SPI Flash）等。它在物联网设备、智能家居、汽车电子等领域都有重要应用。 总结来说，SPI总线协议是一种高效的串行通信协议，通过简单的四线连接实现主从设备间的数据传输。理解SPI的工作原理和时序，对于设计和调试使用SPI接口的硬件和软件至关重要。