SPI总线_原创文档.pdf

SPI(SerialPeripheralInterface)简介

SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各

种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、

网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线

系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接

口一般使用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SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有

的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常

有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3

根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它

们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片

选）。

（1）SDO–主设备数据输出，从设备数据输入

（2）SDI–主设备数据输入，从设备数据输出

（3）SCLK–时钟信号，由主设备产生

（4）CS–从设备使能信号，由主设备控制

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号

为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作

才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，

这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的

传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，

SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，

数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿

被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至

少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位

数据的传输。

要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制

信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。

这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通

讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允

许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控

设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就

是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。

SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，

所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方

式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上

沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。数据传输的

时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用

SPI的时钟规范。然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)

和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，

而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设

置决定了数据取样的时钟沿。

SPI总线接口及时序

SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。

SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出

串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传

输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状

态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。

时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进

行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上

升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二

个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的

外设备时钟相位和极性应该一致。SPI主模块和与之通信的外设

备时钟相位和极性应该一致。个人理解这句话有2层意思：其一，

主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定；其二，二者的

配置应该保持一致，即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致，

主设备的SDI同从设备的SDI配置一致。因为主从设备是在SCLK

的控制下，同时发送和接收数据，并通过2个