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SPI 总线通信电路设计

由于 SPI(setial peripheralinterface) 总线占用的接口线少，通信效率高，并且支持

大部分处理器芯片，因而是一种理想的选择。 SPI 是利用 4 根信号线进行通信的串行接口协

议，包括主／从两种模式。 4 个接口信号为：串行数据输入 (MISO ，主设备输入、从设备输

出) 、串行数据输出 (M OSI ，主设备输出、从设备输入 )、移位时钟 (SCK) 、低电平有效的

从设备使能信号 (cs) 。SPI 最大的特点是由主设备时钟信号的出现与否来确定主／从设备间

的通信。一旦检测到主设备的时钟信号，数据开始传输。

由一个主机对接一个从机进行全双工通信的系统构成的方式。在该系统中，由于主机和

从机的角色是固定不变的，并且只有一个从机，因此，可以将主机的丽端接高电平，将从机

的 SS 端固定接地。

图1 全双工主机／从机连接方法

本系统采用的是由两个单片机互相连接构成多主机通信系统， SPI 主设备负责产生系统

时钟，并决定整个 SPI 网络的通信速率。所有的 SPI 设各都采用相同的接口方式，可以通

过调整处理器内部寄存器改变时钟的极性和相位。由于 SPI 器件并不一定遵循同一标准，

比如 EEPROM 、DAC 、ADC 、实时时钟及温度传感器等器件的 SPI 接口的时序都有所不同，

为了能够满足不同的接口需要，采用时钟的极性和相位可配就能够调整 SPi 的通信时序。

SPI 设各传输数据过程中总是先发送或接收高字节数据，每个时钟周期接收器或收发器

左移 1 位数据。对于小于 16 位的数据在发送之前必须左对齐，如果接收的数据小于 16 位则

采用软件将无效的数据位屏蔽，当主机发送一个连续的数据流时，有些外设能够进行多字节

传输。多数具有 SPI 接口的存储芯片就以这种方式工作。在这种传输方式下，从机的片选

端必须在整个传输过程中保持低电平。此时，一次传输可能会涉及到成千上万字节的信息，

而不必在每个字节的数据发送的前后都去检测其起始位和结束位，这正是同步传输方式优于

异步传输方式的原因所在。

虽然 SPI 有以上优点，然而在远距离传输中却很少用到，原因主要是其抗干扰能力差过

可靠传输距离只有是 1—3m。SPI 采用的是单端非平衡的传输方式，即传输的数据位的电压

电平是以公共地作为参考的。在这种传输方式中，对于已进入信号中的干扰是无法消除和减

弱的。而信号在传输过程中总会受到干扰，而且距离越长干扰越严重，以致于信号传输产生

错误。在这种条件下，信号传输就变得毫无意义了。另外，由于单端非平衡传输方式以公共

地作为参考点，地线作为信号回流线，因此也存在信号电流。当传输线两端的系统之间存在

交流电位差时，这个电位差将直接窜到信号中，形成噪声干扰。所以，为了解决抗干扰问题，

通常采用平衡传输 (balanced transmission)方式，这里采用比较常见的 RS-422。

由于 SPI(setial peripheralinterface) 总线占用的接口线少，通信效率高，并且支

持大部分处理器芯片，因而是一种理想的选择。 SPI 是利用 4 根信号线进行通信的串

行接口协议，包括主／从两种模式。 4个接口信号为：串行数据输入 (MISO ，主设备输

入、从设备输出 ) 、串行数据输出 (M OSI ，主设备输出、从设备输入 )、移位时钟 (SCK) 、

低电平有效的从设备使能信号 (cs) 。SPI 最大的特点是由主设备时钟信号的出现与否来

确定主／从设备间的通信。一旦检测到主设备的时钟信号，数据开始传输。

目录

SPI 工作方式简介

SPI 的数据传输

SPI 用户逻辑

SPI 基本原理与结构

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