一文搞懂SPI总线 硬件工程师电路分析物联网模电单片机嵌入式技术.doc

SPI 总线在汽车中的应用、硬件工程师电路分析、物联网和嵌入式技术 SPI 总线是一种常用的总线类型，主要用于 ECU 主芯片与外设芯片之间的交互，而不是 ECU 与 ECU 间。SPI 全称 Serial Peripheral Interface，是一个同步串行全双工、主从式接口总线，由摩托罗拉开发，首先是在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 总线有 3 线式、4 线式甚至是 QSPI，但是通常在开发过程中使用的是 4 线式的 SPI 总线。 SPI 总线的四根线包括： 1. 时钟（Serial Clock，SCLK）：时钟信号是由主机产生，主要用于主机与从机之间数据传输的同步。 2. 片选（Chip Select，CS）：片选用于选择从机，通常低电平表示有效信号，高电平表示主机与从机之间的通信断开，当使用多个从机时，主机需要为每个从机提供单独的片选信号。 3. 主机输出，从机输入（Master Out Slave In，MOSI）：主机向从机发送数据。 4. 主机输入，从机输出（Master In Slave Out，MISO）：从机向主机发送数据。 SPI 设备间的数据传输之所以又被称为数据交换，是因为 SPI 协议规定一个 SPI 设备不能在数据通信过程中仅仅只充当一个 "发送者" 或者 "接收者"。在每个时钟周期内，SPI 设备都会发送并接收一个 bit 的数据（不管主机好还是从机），相当于该设备有一个 bit 大小的数据被交换了。 时钟极性和时钟相位在 SPI 中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。在空闲状态期间，CPOL 用于设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时 CS 为 高电平且在向低电平转变的期间，以及传输结束时 CS 为低电平且在向高电平转变的期间。CPHA 用于选择时钟相位。根据 CPHA 位的状态，使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。 SPI 模式有四种，根据 CPOL 和 CPHA 位的选择，主机可以选择合适的 SPI 模式。SPI 模式 0：CPOL = 0，CPHA = 0；SPI 模式 1：CPOL = 0，CPHA = 1；SPI 模式 2：CPOL = 1，CPHA = 0；SPI 模式 3：CPOL = 1，CPHA = 1。 SPI 设备的工作机制可以用图 7 来描述，主要包括三部分：SSPBUF、SSPSR 和 Controller。SSPBUF 是 SPI 设备里面的内部缓冲区，通常在物理上是以 FIFO 的形式，保存传输过程中的临时数据。SSPSR 是 SPI 设备里面的移位寄存器（Shift Regitser），它的作用是根据设置好的数据位宽（bit-width）把数据移入或者移出 SSPBUF。Controller 是 SPI 设备里面的控制寄存器，可以通过配置它们来设置 SPI 总线的传输模式。 SPI 设备在进行通信的过程中，主机和从机之间会产生一个数据链路回环（Data Loop），通过 SDO 和 SDI 管脚，SSPSR 控制数据移入移出 SSPBUF，Controller 确定 SPI 总线的通信模式，SCK 传输时钟信号。 在汽车中的应用，SPI 总线广泛应用于新能源汽车的通信技术中，例如与电源芯片、CAN 收发器、EEPROM、旋变解码等芯片数据交互。同时，SPI 总线也广泛应用于物联网和嵌入式技术中，例如在智能家居、工业自动化、医疗健康等领域中。 SPI 总线是一种常用的总线类型，广泛应用于汽车、物联网和嵌入式技术等领域。它的工作机制是通过四根线（时钟、片选、主机输出、主机输入）来实现数据传输和交换。SPI 设备的工作机制包括 SSPBUF、SSPSR 和 Controller 三部分，能够根据不同的应用场景选择合适的 SPI 模式。