SPI总线学习：连接的方式和SPI传输模式

1，SPI总线概述

SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。串行外设接口总线(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系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件接口，它只需4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)和低电平有效的从机选择线(NSS)。

(1)MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。

(2)MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。

(3)SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入。

(4)NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为片选引脚，让主设备可以单独地与特定从设备通信，避免数据线上的冲突。

SPI是一个环形总线结构，由NSS、SCK、MISO、MOSI构成，NSS引脚设置为输入，MOSI引脚相互连接，MISO引脚相互连接，数据在主和从之间串行地传输(MSB位在前)。

二、信号端口解析：

片选信号CS：当CS信号为低时，spi传输开始；cs信号为高时，则为空闲状态。

时钟信号SCK：

MOSI信号：M代表主机、O代表输出，S代表从机、I代表输入，即主机输从机输入，数据的流向是从主机到从机，数据单位bit。也称之为 SDO，S是SPI，D是data，O是output

MISO信号：M代表主机、I代表输入、S代表从机、O代表输出、即主机输入从机输出，数据的流向是从从机到主机，数据单位bit。也称之为 SDI，S是SPI，D是data，O是input

三、连接的方式

下图是一个主机一个从机的连接方式：

下图是一个主机多个从机的连接方式：

一主多从，一个主机控制多个从机。注意不允许多个主机控制一个从机。

4，SPI传输模式

通过设置控制寄存器SPICR1中的CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位），将SPI可以分成四种传输模式。

CPOL，即Clock Polarity，决定时钟空闲时的电平为高或低。对于SPI数据传输格式没有显著影响。

1 = 时钟低电平时有效，空闲时为高 

0 = 时钟高电平时有效，空闲时为低 

CPHA，即Clock Phase，定义SPI数据传输的两种基本模式。

1 = 数据采样发生在时钟（SCK）偶数（2,4,6,...,16）边沿（包括上下边沿）

0 = 数据采样发生在时钟（SCK）奇数（1,3,5,...,15）边沿（包括上下边沿）

四种模式如下图所示：

先看第一列两张图（CPHA = 0），采样发生在第一个时钟跳变沿，即数据采样发生在SCK奇数边沿；

再看第二列（CPHA =1），采样发生在第二个时钟跳变沿，即数据采样发生在SCK偶数边沿。

第一行两张图（CPOL = 0），SCK空闲状态为低电平，

第二行两张图（CPOL = 1），SCK空闲状态为高电平。

主从设备进行SPI通讯时，要确保它们的传输模式设置相同。对于某些场合，可能需要调整CPOL/CPHA设置以满足设备特定要求。

审核编辑：黄飞