SPI通讯协议

一、SPI概述

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换

SPI总线的系统

（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
（4）/SS：从器件使能信号，由主器件控制

SPI总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。

二、传输过程

上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。

上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。

下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。

假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。

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脉冲   主机sbuff   从机sbuff 　　sdi 　　sdo
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0 00-0   0101010 1010101 　　0 　　 0
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1 0--1   101010x 1010101 　
1 1--0 0101010 0101011 　　　1
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2 0--1   010100x 0101011 　 1 　　
2 1--0 1010100 1010110       　　0
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3 0--1   101001x 1010110 　　0 　
3 1--0 0101001 0101101 　　　 1
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4 0--1   010010x 0101101
4 1--0 1010010 1011010 　   　 0
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5 0--1   100101x 1011010
5 1--0 0100101 0110101 　   001010x 0110101 　　1 　　
6 1--0 1001010 1101010 　　010101x 1101010
7 1--0 0010101 1010101 　   101010x 1010101
8 1--0 01010100101010 　　1 　　0
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这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿，sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。

SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等。

三、内部结构

四、传输时序

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的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。

SPI接口没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

已知的有的器件SPI已达到50Mbps。具体到产品中SPI的速率主要看主从器件SPI控制器的性能限制。