SPI协议简单介绍

导言

SPI是串行扩展总线。

串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时系统的更改和扩充极为容易。

常用的串行扩展总线有：I2C（Inter IC Bus)总线、单总线（1-WIRE BUS)、SPI（Serial Peripheral Interface）总线及Microwire/PLUS等。

一、SPI协议

SPI总线是微控制器四线的外部总线。SPI没有明文标准，是一种事实总线，对通信操作的实现由芯片厂商和驱动开发者通过data sheet和application notes沟通实现的细节。SPI是四根信号线协议，如下：

SPI协议简单介绍

SCLK：Serial Clock(Output from master);

MOSI：Master Output Slave Input(Outpt from Master);

MISO：Master Input Slave Output(Output from Slave);

SS：Slave Select(Active low,Output from Master);

二、 SPI协议通信

SPI是单主设备通信，总线中只有一个设备发起通信，能发起通信的设备称为主设备。当SPI主设备想读/写从设备时，首先拉低对应从设备的SS线（SS是低电平有效）；然后发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，主设备把信号发到MOSI实现写，同时可以对MISO线采样实现读。

三、SPI操作模式

SPI有四种操作模式：模式0、模式1、模式2、模式3。

这几个模式之间的区别是定义了在时钟脉冲的哪条边沿转换（toggles）输出信号，哪条边沿采样输入信号，还有时钟脉冲的稳定电平值（即时钟信号无效时是高还是低）。每种模式由两个参数描述，称为时钟极CPOL（clock polarity）与时钟期CPHA（clock phase）。

Mode = Bit[CPOL]Bit[CPHA]

CPOL=0表示 SCK在空闲状态时为0； CPOL=1表示 SCK在空闲状态时为1； CPHA=0表示 在SCK第一个边沿时输入输出数据有效； CPHA=1表示 在SCK第二个边沿时输入输出数据有效；

一般从器件的工作模式是固定的，主机要跟从机采用一样的工作模式，双方才能正常通信。如果有多个从设备，且从设备使用了不同的工作参数，那么主设备与不用的从设备通信时必须重新配置这些参数。

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3.1 Mode0

Mode0时，CPOL=0，CPHA=0，SCK空闲状态为低电平，主机数据在每个上升沿被从机采样，数据输出同理。

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3.2 Mode1

Mode1时，CPOL=0，CPHA=1，SCK空闲时为低电平，在SCK第二个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。

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3.3 Mode2

Mode2时，CPOL=1，CPHA=0，SCK空闲时为高电平，在SCK第一个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。

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3.4 Mode3

Mode3时，CPOL=1，CPHA=1，SCK空闲状态为高电平，主机数据在第二个边沿时有效，即每个上升沿被从机采样，数据输出同理。

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四、SPI基本时序

SS为低电平时，表示对应的从机设备被使能，在每个SCK周期可以传输1Bit数据，采样时刻取决于器件支持的SPI mode，根据不同SPI器件的控制方法，在进行正式的数据读写操作前，一般需要先写入控制字，然后是寄存器地址和数据。

如下是FM25V05铁电存储器采用SPI模式0的写时序，SS(CS)被拉低，主机数据在每个上升沿被从机采样，Opcode是控制字，控制字采样结束后开始采样数据。

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如下是FM25V05铁电存储器采用SPI模式0的读时序：

SPI协议简单介绍

需要注意的是在SS下降沿和SCLK第一个边沿，或SS上升沿和SCLK最后一个边沿之间要留有一定的延迟时间，一般是0.5个SCLK周期。

参考：

【1】关于SPI协议，看这一篇文章就够了！-面包板社区

【2】总线I2C和SPI，工程师喜欢用哪一个？

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