SPI驱动(一) -- SPI协议

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一、SPI硬件连接框图

SPI硬件连接框图如下：

1.1 引脚说明

• SCK：Serial Clock，时钟引脚
• DO(MOSI)：Master Output, Slave Input，SPI主控发出数据，SPI从设备接收数据
• DI(MISO)：Master Input, Slave Output，SPI主控接收数据，SPI从设备发出数据
• CS：Chip Select，片选引脚

1.2 连接说明

SPI属于主从结构。其中，SPI控制器代表主设备，一个SPI控制器上可以外接多个SPI从设备，例如可以外接 SPI Flash 、SPI OLED 等等。那么主设备如何和其中的某个从设备进行通信呢？通过片选引脚拉低(或者拉高)来选中想要通信的从设备，同一时刻只能有一个从设备被选中进行通信。

二、SPI协议

2.1 SPI传输示例

SPI协议是怎么传输数据的呢？下面以主控芯片传输一个字节数据0x56给SPI Flash为例进行说明。时序图如下：

• 首先，CS0 片选引脚拉低选中SPI Flash设备。
• 0x56 的二进制就是0b0101 0110，因此在每个SCK时钟周期，DO输出对应的电平，先传输的是最高位。
• SPI Flash会在每个时钟周期的上升沿读取D0上的电平。

2.2 SPI工作模式

对于SPI传输示例时序图中，有两个地方是可以设置的：
（1）SCK起始位置的电平可以设置为高电平或者低电平，这个用CPOL来表示，CPOL等于0为低电平，等于1为高电平。
（2）在时钟的第一个还是第二跳变沿进行数据采样，这个用CPHA来表示，CPHA等于0为第一个时钟跳变沿，等于1为第二个时钟跳变沿。

根据 CPOL 和 CPHA 的值，可以组成SPI的4种工作模式：

CPOL	CPHA	模式	含义
0	0	0	SPI CLK初始电平为低电平，在第一个时钟沿采样数据
0	1	1	SPI CLK初始电平为低电平，在第二个时钟沿采样数据
1	0	2	SPI CLK初始电平为高电平，在第一个时钟沿采样数据
1	1	3	SPI CLK初始电平为高电平，在第二个时钟沿采样数据

4钟模式的时序图如下：

• 模式0时序图
  
• 模式1时序图
  
• 模式2时序图
  
• 模式3时序图
  
  注意：根据这4种模式的时序图可以知道，无论是哪种模式，主控芯片在 MOSI 发出8位数据的同时，MISO 也会接收8位数据。

三、总结

本文简要介绍了SPI协议，根据 CPOL 和 CPHA 的值，可以组成4中不同工作模式。