UART、I2C和SPI是單片機通信中最常用的三種通信協(xié)議。前邊我們已經(jīng)學(xué)了UART和I2C通信協(xié)議，本文我們來(lái)學(xué)習剩下的SPI通信協(xié)議。SPI是英語(yǔ)Serial Peripheral Interface的縮寫(xiě)，顧名思義就是串行外圍設備接口。SPI是一種高速的、全雙工、同步通信總線(xiàn)，標準的SPI也僅僅使用4個(gè)引腳，常用于單片機和EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數字信號處理器等器件的通信。SPI通信原理比I2C要簡(jiǎn)單，它主要是主從方式通信，這種模式通常只有一個(gè)主機和一個(gè)或者多個(gè)從機，標準的SPI是4根線(xiàn)，分別是SSEL(片選，也寫(xiě)作SCS)、SCLK(時(shí)鐘，也寫(xiě)作SCK)、MOSI(主機輸出從機輸入Master Output/Slave Input)和MISO(主機輸入從機輸出Master Input/Slave Output)。
SSEL：從設備片選使能信號。如果從設備是低電平使能的話(huà)，當拉低這個(gè)引腳后，從設備就會(huì )被選中，主機和這個(gè)被選中的從機進(jìn)行通信。
SCLK：時(shí)鐘信號，由主機產(chǎn)生，和I2C通信的SCL有點(diǎn)類(lèi)似。
MOSI：主機給從機發(fā)送指令或者數據的通道。
MISO：主機讀取從機的狀態(tài)或者數據的通道。
在某些情況下，我們也可以用3根線(xiàn)的SPI或者2根線(xiàn)的SPI進(jìn)行通信。比如主機只給從機發(fā)送命令，從機不需要回復數據的時(shí)候，那MISO就可以不要；而在主機只讀取從機的數據，不需要給從機發(fā)送指令的時(shí)候，那MOSI可以不要；當一個(gè)主機一個(gè)從機的時(shí)候，從機的片選有時(shí)可以固定為有效電平而一直處于使能狀態(tài)，那么SSEL可以不要；此時(shí)如果再加上主機只給從機發(fā)送數據，那么SSEL和MISO都可以不要；如果主機只讀取從機送來(lái)的數據，SSEL和MOSI都可以不要。 3線(xiàn)和2線(xiàn)的SPI大家要知道怎么回事，實(shí)際使用也是有應用的，但是當我們提及SPI的時(shí)候，一般都是指標準SPI，都是指4根線(xiàn)的這種形式。
SPI通信的主機也是我們的單片機，在讀寫(xiě)數據時(shí)序的過(guò)程中，有四種模式，要了解這四種模式，首先我們得學(xué)習一下2個(gè)名詞。
CPOL:Clock Polarity，就是時(shí)鐘的極性。
時(shí)鐘的極性是什么概念呢？通信的整個(gè)過(guò)程分為空閑時(shí)刻和通信時(shí)刻，SCLK在數據發(fā)送之前和之后的空閑狀態(tài)是高電平那么CPOL=1，如果空閑狀態(tài)SCLK是低電平，那么CPOL=0。
CPHA:Clock Phase，就是時(shí)鐘的相位。
主機和從機要交換數據，就牽涉到一個(gè)問(wèn)題，即主機在什么時(shí)刻輸出數據到MOSI上而從機在什么時(shí)刻采樣這個(gè)數據，或者從機在什么時(shí)刻輸出數據到MISO上而主機什么時(shí)刻采樣這個(gè)數據。同步通信的一個(gè)特點(diǎn)就是所有數據的變化和采樣都是伴隨著(zhù)時(shí)鐘沿進(jìn)行的，也就是說(shuō)數據總是在時(shí)鐘的邊沿附近變化或被采樣。而一個(gè)時(shí)鐘周期必定包含了一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿，這是周期的定義所決定的，只是這兩個(gè)沿的先后并無(wú)規定。又因為數據從產(chǎn)生的時(shí)刻到它的穩定是需要一定時(shí)間的，那么，如果主機在上升沿輸出數據到MOSI上，從機就只能在下降沿去采樣這個(gè)數據了。反之如果一方在下降沿輸出數據，那么另一方就必須在上升沿采樣這個(gè)數據。
CPHA=1，就表示數據的輸出是在一個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)沿上，至于這個(gè)沿是上升沿還是下降沿，這要是CPOL的值而定，CPOL=1那就是下降沿，反之就是上升沿。那么數據的采樣自然就是在第二個(gè)沿上了。
CPHA=0，就表示數據的采樣是在一個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)沿上，同樣它是什么沿由CPOL決定。那么數據的輸出自然就在第二個(gè)沿上了。仔細想一下，這里會(huì )有一個(gè)問(wèn)題：就是當一幀數據開(kāi)始傳輸第一bit時(shí)，在第一個(gè)時(shí)鐘沿上就采樣該數據了，那么它是在什么時(shí)候輸出來(lái)的呢？有兩種情況：一是SSEL使能的邊沿，二是上一幀數據的最后一個(gè)時(shí)鐘沿，有時(shí)兩種情況還會(huì )同時(shí)生效。
我們以CPOL=1/CPHA=1為例，把時(shí)序圖畫(huà)出來(lái)給大家看一下，如圖1所示。
大家看圖15-1所示，當數據未發(fā)送時(shí)以及發(fā)送完畢后，SCK都是高電平，因此CPOL=1?？梢钥闯?，在SCK第一個(gè)沿的時(shí)候，MOSI和MISO會(huì )發(fā)生變化，同時(shí)SCK第二個(gè)沿的時(shí)候，數據是穩定的，此刻采樣數據是合適的，也就是上升沿即一個(gè)時(shí)鐘周期的后沿鎖存讀取數據，即CPHA=1。注意最后最隱蔽的SSEL片選，一般情況下，這個(gè)引腳通常用來(lái)決定是哪個(gè)從機和主機進(jìn)行通信。剩余的三種模式，我把圖畫(huà)出來(lái)，簡(jiǎn)化起見(jiàn)把MOSI和MISO合在一起了，大家仔細對照看看研究一下，把所有的理論過(guò)程都弄清楚，有利于你對SPI通信的深刻理解，如圖2所示。
在時(shí)序上，SPI是不是比I2C要簡(jiǎn)單的多？沒(méi)有了起始、停止和應答，UART和SPI在通信的時(shí)候，只負責通信，不管是否通信成功，而I2C卻要通過(guò)應答信息來(lái)獲取通信成功失敗的信息，所以相對來(lái)說(shuō)，UART和SPI的時(shí)序都要比I2C簡(jiǎn)單一些。
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