一、先决知识

（1）理解并知道移位寄存器如何工作

二、SPI概述

SPI(serial Peripheral Interface 串行片上（外围）设备接口)是由摩托罗拉公司研发的。SPI器件可以工作在全双工或半双工的模式下，在短距离内实现数据的高速传输（并没有规定速度限制，由硬件和软件决定）。

三、SPI的关键特性

（1）读/写全双工

（2）采用主从结构（一般只有一个主设备）

（3）SPI总线时序极性（CPOL）,时序相位（CPHA）,频率可配置

（4）传输位数可配置（即一个通讯周期的传输bit可配置）

1、SPI的优点

（1）相比于IIC，UART等，传输协议比较简单

（2）是最快的串行通信接口之一

（3）支持全双工传输

2、SPI缺点

（1）占用多根线路引脚（x+3,x表示设备数量）

（2）没有硬件的流控制

（3）从机没有确认信号

（4）易被尖峰脉冲干扰

四、物理结构

（1）连接模型

(2）内部结构模型

接口定义：

MISO: Master input slave output(主入从出) /或称为SDI() 主设备输入接从设备输出

MOSI: Master output slave input(主出从入) /或称为 SDO 主设备的输出接从设备的输入

CS(SS):chip select (slave selec) 选择从器件

SCLK:(slave clock) 从设备时钟信号（由主设备提供和控制）

从内部结构可以知道，两个移位寄存器形成了一个回路，故可以知道，有输出必定会有输入.

（3）传输模型和时序

传输模型

工作模式

SPI的工作模式有4中，工作模式的区别是：什么时候对输入数据采样，什么时候输出数据，相关参数是CPOL,CPHA，其中CPHA起决定性作用

CPOL:clock polarity (时钟闲时属性，即不在采样时刻的电平)

CPHA:clock phase (时钟相位，即什么时候采样，什么时候输出)

其他相关名词（在工程具体配置中会见到）

leading edge(前跳变沿),trailing edge（后跳变沿）与跳变方向无关

模式0（MODE 0）

(1) CLK闲时是低电平

（2) 数据在上升沿到来时（前）必须是可靠的（可采集的）

(3) 在CLK高电平时，MISO 和MOSI的数据必须保持不变

(4) 数据在下降沿和低电平时可改变

(5) 一个CLK内数据在第一个跳变（0->1）中输入（采集），第二个跳变（1->0）中输出

模式1（MODE1）

（1) CLK闲时是低电平

（2) 上升沿可以用来准备数据（即传输）

（3) 在CLK低电平时，MISO 和MOSI的数据必须保持不变

(4) 数据在上升沿和高电平时可改变

(5) 一个CLK内数据在第一个跳变（0->1）中输出，第二个跳变（1->0）中输入

模式2(MODE2)

（1) CLK闲时是高电平

（2) 上升沿可以用来准备数据（即传输），下降沿到来时必须保证数据可靠

（3) 在CLK低电平时，MISO 和MOSI的数据必须保持不变

(4) 数据在上升沿和高电平时可改变

(5) 一个CLK内数据在第一个跳变（1->0）中输入2，第二个跳变（0->1）中输出

模式3(MODE3)

（1) CLK闲时是高电平

（2) 下降沿可以用来准备数据（即传输）

（3) 在CLK高电平时，MISO 和MOSI的数据必须保持不变

(4) 数据在下降沿和低电平时可改变（即传送给对方，对方在上升沿采集）

(5) 一个CLK内数据在第一个跳变（1->0）中输出，第二个跳变（0->1）中输入

具体数据交换（以模式1为例子）

    CLK 主机buff 从机buff
        ---------------------------------------------------
0     0         10101010     01010101
        ---------------------------------------------------
1    0--1       0101010x 0 1010101x    1

      1--0 01010100         10101011
        ---------------------------------------------------
2        0--1 1010100x   1   0101011x 0
          1--0 10101001 01010110
        ---------------------------------------------------
3       0--1       0101001x 0 1010110x   1
       1--0     01010010 10101101
        ---------------------------------------------------
4        0--1       1010010x 1 0101101x 0
1--0 10100101 01011010
        ---------------------------------------------------
....

0--1 表示上升沿 1--0 表示下降沿

补充：

LSB：Least significat Bit (最小权重位，即低位)

MSB: most significat Bit （最大权重位，即高位）

嵌入式常用技术概览之SPI