SPI接口

SPI接口

通信总线
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。[1]SPI有三个寄存器分别为:控制寄存器SPCR,状态寄存器SPSR,数据寄存器SPDR。外围设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口,该接口一般使用4条线:串行时钟线(SCLK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。
  • 中文名:串行外设接口
  • 外文名:Serial Peripheral Interface(SPI)
  • 所属品牌:
  • 简称:SPI
  • 类别:接口

应用

SPI接口的全称是"SerialPeripheralInterface",意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比I2C总线要快,速度可达到几Mbps。

特点

SPI一共有11位有用信号,每位信号差分成两个信号用来提高传输抗干扰性,在物理连接上用标准25芯D型插头座(DB25)传输,因此连线多且复杂,传输距离短,容易出现故障。而ASI(异步串行接口)用串行传输,只需要一根同轴电缆线,连线简单,传输距离长。

接口信号

(1)MOSI–主器件数据输出,从器件数据输入

(2)MISO–主器件数据输入,从器件数据输出

(3)SCLK–时钟信号,由主器件产生,最大为fPCLK/2,从模式频率最大为fCPU/2

(4)NSS–从器件使能信号,由主器件控制,有的IC会标注为CS(Chipselect)

在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。在多个从器件的系统中,每个从器件需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位,在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。如下图所示,在SCLK的上升沿上数据改变,同时一位数据被存入移位寄存器。

原理图

最后,SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。

工作模式

SPI有四种工作模式,各个工作模式的不同在与SCLK不同,具体工作由CPOL,CPHA决定

CPOL:(ClockPolarity),时钟极性

当CPOL为0时,时钟空闲idle时候的电平是低电平;

当CPOL为1时,时钟空闲idle时候的电平是高电平;

CPHA:(ClockPhase),时钟相位

当CPHA为0时,时钟周期的前一边缘采集数据;

当CPHA为1时,时钟周期的后一边缘采集数据;

CPOL和CPHA,分别都可以是0或时1,对应的四种组合就是:

四种工作模式下的SCLK表现如下:

红线表示采集数据,下面的一个例子是S3C2440上面SPI控制器的总线范例:

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