SPI总线协议

SPI总线概述 SPI全称是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是由Motorola提出的一种全双工同步串行通信接口，通信波特率可以高达5Mbps，但具体速度大小取决于SPI硬件。SPI接口具有全双工操作，操作简单，数据传输速率较高的优点，但也存在没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据的缺点。 SPI总线的构成及信号类型 SPI总线只需四条线（如图1所示）就可以完成MCU与各种外围器件的通讯: 1）MOSI – Master数据输出,Slave数据输入 2）MISO – Master数据输入,Slave数据输出 3）SCK – 时钟信号,由Master产生

4）CS – Slave使能信号,由Master控制。

SPI一主多从模式。

由此可以看出，每个SPI从机的片选端都要与主机的片选端一一对应，这是很浪费资源的。

在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作： 1) Master通过MOSI线发送1位数据，同时Slave通过MOSI线读取这1位数据 2) Slave通过MISO线发送1位数据，同时Master通过MISO线读取这1位数据 Master和Slave各有一个移位寄存器，如图所示，而且这两个移位寄存器连接成环状。依照SCK的变化，数据以MSB first的方式依次移出Master寄存器和Slave寄存器，并且依次移入Slave寄存器和Master寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。

SPI的四种工作模式 CPOL：时钟极性选择，为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲为高电平 CPHA：时钟相位选择，为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在SCK第二个跳变沿采样 工作方式1： 　　当CPHA=0、CPOL=0时SPI总线工作在方式1。MISO引脚上的数据在第一个SPSCK沿跳变之前已经上线了，而为了保证正确传输，MOSI引脚的MSB位必须与SPSCK的第一个边沿同步，在SPI传输过程中，首先将数据上线，然后在同步时钟信号的上升沿时，SPI的接收方捕捉位信号，在时钟信号的一个周期结束时（下降沿），下一位数据信号上线，再重复上述过程，直到一个字节的8位信号传输结束。 工作方式2： 　　当CPHA=0、CPOL=1时SPI总线工作在方式2。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的下降沿时捕捉位信号，上升沿时下一位数据上线。 工作方式3： 　　当CPHA=1、CPOL=0时SPI总线工作在方式3。MISO引脚和MOSI引脚上的数据的MSB位必须与SPSCK的第一个边沿同步，在SPI传输过程中，在同步时钟信号周期开始时（上升沿）数据上线，然后在同步时钟信号的下降沿时，SPI的接收方捕捉位信号，在时钟信号的一个周期结束时（上升沿），下一位数据信号上线，再重复上述过程，直到一个字节的8位信号传输结束。 工作方式4： 　　当CPHA=1、CPOL=1时SPI总线工作在方式4。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的上升沿时捕捉位信号，下降沿时下一位数据上线。 SP1与SP3的差别 SP1与SP3的差别是对数据的采样时间点不同，SP1是在第一个跳变沿采样，SP3是在第二个跳变沿采样，此外，SP1中在传输最高位时MOSI、MISO上的数据是不同步的，MISO上的数据要先与MOSI上的数据的出现，它们在第二个时钟周期才同步。而SP3 MOSI、MISO在第一个时钟周期的上升沿已经同步了。

软件模拟SPI

注意：下面的程序都没有涉及SS线。

SP1模式：CPHA=0、CPOL=0

/*IO定义*/ #define MOSI P0^0 #define MISO P0^1 #define SCK P0^2 /*函数功能：模式SPI*/ /*参数说明：data要发送的数据*/ /*返回值：接收到的数据*/ unsigned char spi_simulate(unsigned char data) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) // 循环8次 { if(data&0x80) //若要发送的数据最高位为1 MOSI=1; //则将1送到MOSI线上 else MOSI=0; // 则将0送到MOSI线上 data<<=1; //最高位已经发送出去，将data左移一为腾出最低位来存放接收到的数据 SCLK=1; //拉高SCK delay(); //根据传输速率来做调整 /*拉高SCK后，从机从MOSI读入1位数据，同时主机从MISO接收1位数据，如*/ /*果MISO输出的是0则不需要date|=0x01，因为data<<1后会在低位自动补0，如果MISO输出的是1，则byte最低位要置1*/ if(MISO) data|=0x01; SCLK=0; // SCK置低,低电平表示空闲 delay(); //根据传输速率来做调整 } return(data); // 返回读出的一字节 }

SP2模式：CPHA=0、CPOL=1

/*IO定义*/ #define MOSI P0^0 #define MISO P0^1 #define SCK P0^2 /*函数功能：模式SPI*/ /*参数说明：data要发送的数据*/ /*返回值：接收到的数据*/ unsigned char spi_simulate(unsigned char data) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) // 循环8次 { if(data&0x80) //若要发送的数据最高位为1 MOSI=1; //则将1送到MOSI线上 else MOSI=0; // 则将0送到MOSI线上 data<<=1; //最高位已经发送出去，将data左移一为腾出最低位来存放接收到的数据 SCLK=0; //拉低SCK /*拉高SCK后，从机从MOSI读入1位数据，同时主机从MISO接收1位数据，如*/ /*果MISO输出的是0则不需要date|=0x01，因为data<<1后会在低位自动补0，如果MISO输出的是1，则byte最低位要置1*/ if(MISO) data|=0x01; SCLK=1; // SCK置高,低电平表示空闲 } return(data); // 返回读出的一字节 }

SP3模式：CPHA=1、CPOL=0

/*IO定义*/ #define MOSI P0^0 #define MISO P0^1 #define SCK P0^2 /*函数功能：模式SPI*/ /*参数说明：data要发送的数据*/ /*返回值：接收到的数据*/ unsigned char spi_simulate(unsigned char data) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) // 循环8次 { SCLK=1; //拉高SCK delay(); //根据传输速率来做调整 if(data&0x80) //若要发送的数据最高位为1 MOSI=1; //则将1送到MOSI线上 else MOSI=0; // 则将0送到MOSI线上 data<<=1; //最高位已经发送出去，将data左移一为腾出最低位来存放接收到的数据 SCLK=0; delay(); //根据传输速率来做调整 /*拉低SCK后，从机从MOSI读入1位数据，同时主机从MISO接收1位数据，如*/ /*果MISO输出的是0则不需要date|=0x01，因为data<<1后会在低位自动补0，如果MISO输出的是1，则byte最低位要置1*/ if(MISO) data|=0x01; } return(data); // 返回读出的一字节 }

SP4模式：CPHA=1、CPOL=1

/*IO定义*/ #define MOSI P0^0 #define MISO P0^1 #define SCK P0^2 /*函数功能：模式SPI*/ /*参数说明：data要发送的数据*/ /*返回值：接收到的数据*/ unsigned char spi_simulate(unsigned char data) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) // 循环8次 { SCLK=0; //拉高SCK delay(); //根据传输速率来做调整 if(data&0x80) //若要发送的数据最高位为1 MOSI=1; //则将1送到MOSI线上 else MOSI=0; // 则将0送到MOSI线上 data<<=1; //最高位已经发送出去，将data左移一为腾出最低位来存放接收到的数据 SCLK=1; delay(); //根据传输速率来做调整 /*拉低SCK后，从机从MOSI读入1位数据，同时主机从MISO接收1位数据，如*/ /*果MISO输出的是0则不需要date|=0x01，因为data<<1后会在低位自动补0，如果MISO输出的是1，则byte最低位要置1*/ if(MISO) data|=0x01; } return(data); // 返回读出的一字节 } 图片的出处请看下标