嵌入式系统/ARM技术中的数字接口系列文章之SPI总线

串行外设接口 (SPI) 总线是一种运行于全双工模式下的同步串行数据链路。用于在单个主节点和一个或多个从节点之间交换数据。SPI 总线实施简单，仅使用四条数据信号线和控制信号线（请参见图 1）。 　　图 1 基本的 SPI 总线 　　尽管表 1 中的引脚名称取自 Motorola 公司的 SPI 标准，但特殊集成电路的 SPI 端口名称通常与图 1 中所标示的名称有所不同。 　　表 1 SPI 引脚名称分配 　　SPI 数据速率通常介于 1 到 70 MHz 之间，字节长度范围从 8 位和 12 位到这些数值的倍数位。 　　数据传输通常会包含一次数据交换。当主节点向从节点 **嵌入式系统/ARM技术中的数字接口系列文章之SPI总线** 串行外设接口（SPI）是一种广泛应用于嵌入式系统和ARM技术中的高效通信协议，它以全双工模式工作，允许单个主控设备与一个或多个从设备之间同步交换数据。SPI总线的设计简单，只需四条主要的信号线，包括主设备输出/从设备输入（MOSI）、从设备输出/主设备输入（MISO）、串行时钟（SCK）和从设备选择（SS）线。如图1所示，这种简洁的布局使得SPI在硬件实现上非常便捷。 **基本SPI总线配置** - **引脚分配**：虽然表1的引脚命名基于Motorola的SPI标准，但不同IC的SPI端口命名可能有所差异。典型的引脚包括：MOSI、MISO、SCK和SS（有时标记为CS，Chip Select）。 - **数据速率与字长**：SPI的数据速率通常在1到70MHz之间，字节长度可变，从8位和12位扩展到这些数值的倍数位。这意味着SPI可以支持高速传输并适应各种不同的应用需求。 **数据传输机制** - 在数据交换过程中，主设备和从设备使用内部移位寄存器进行同步。当主设备通过MOSI线发送数据的同时，从设备通过MISO线反馈数据。这一过程由主设备的时钟信号同步（SCK），并且可以通过SS线控制从设备的选通。 - **CPOL和CPHA**：主设备可以设置时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA），这两个参数决定了数据何时被采样和改变。CPOL决定时钟在空闲状态时的电平，而CPHA控制数据采样是在时钟边沿的上升还是下降沿。 - 当CPOL=0时，时钟在低电平时处于空闲状态；如果CPHA=0，数据在上升沿采样，下降沿改变；若CPHA=1，则相反。 - 当CPOL=1时，时钟在高电平时空闲，数据采样和改变的时序与CPOL=0时相反。 **多从设备通信** - **独立从设备**：每个从设备都有独立的SS信号线，允许主设备独立地与每个从设备通信。这种配置适用于需要单独控制多个设备，例如ADC或DAC的情况。 - **菊花链式从设备**：在这种配置下，多个从设备通过单一的SS线连接，形成一个菊花链。主设备依次与每个从设备进行通信，数据在从设备间逐级传递。这种架构常见于需要级联多个通道的I/O模块，如工业级传感器和驱动器。 **总结** SPI总线是嵌入式系统和ARM技术中常用的数字接口，它的灵活性、简单性和高效性使其成为许多微控制器和外围设备通信的理想选择。理解SPI的工作原理，包括引脚分配、数据传输机制以及多从设备通信方式，是设计和调试SPI系统的关键。通过适当的配置，SPI能够适应各种速度和数据量的需求，从而在各种嵌入式应用中发挥重要作用。