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SPI总线的特点、工作方式及常见错误解答

导读: SPI(serial peripheral interface,串行外围设备接口)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。它用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯。

  1.SPI总线简介

  SPI(serial peripheral interface,串行外围设备接口)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。它用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯,这四条线是:串行时钟线(CSK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)、低电平有效从机选择线CS。当SPI工作时,在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚(MOSI)输出(高位在前),同时从输入引脚(MISO)接收的数据逐位移到移位寄存器(高位在前)。发送一个字节后,从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。即完成一个字节数据传输的实质是两个器件寄存器内容的交换。主SPI的时钟信号(SCK)使传输同步。其典型系统框图如下图所示。

  

  图1 典型系统框图

  2.SPI总线的主要特点

  · 全双工;

  · 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。

  3.SPI总线工作方式

  SPI总线有四种工作方式,其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示):

  

  图2 SPI0和SPI3方式(实线表示)

  四种工作方式时序分别为:

  

  图3 四种工作方式时序

  时序详解:

  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。

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