SPI总线协议详解与时序分析

"SPI总线协议介绍.pdf 是一份详尽阐述SPI协议的资料，非常实用且具有高价值。" SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛应用于嵌入式系统中的高速、全双工、同步通信总线协议。它仅需四根线即可实现多个设备间的通信，这使得SPI在硬件设计中具有很高的灵活性，可以有效地减少硬件资源的占用，降低PCB布局的复杂性。 SPI总线由四个基本信号线构成： 1. SS（Slave Select，从机选择）或CS（Chip Select，片选）：用于选择与主设备通信的从设备，通常为主设备驱动，每个从设备都有一个独立的SS线。 2. SCK（Serial Clock，串行时钟）：由主设备产生并控制，决定了数据传输的速率和时序。 3. SDI（Serial Data In，串行数据输入）：主设备向从设备发送数据的线路。 4. SDO（Serial Data Out，串行数据输出）：从设备向主设备发送数据的线路。 SPI通信时序的关键在于SCK信号的上升沿和下降沿。数据传输通常遵循“主设备到从设备”在上升沿、"从设备到主设备"在下降沿的原则，即“高位先发送”。这意味着数据在SCK的上升沿由主设备通过SDO线送出，而在SCK的下降沿，从设备通过SDI线接收数据。 举例来说，假设主机的sbuff为0xaa（10101010）而从机的sbuff为0x55（01010101），在一个8个时钟周期的SPI传输过程中，数据会逐位交换。以下是对8个时钟周期的详细解释： 1. 在第0个时钟周期，主机开始在上升沿发送0xaa的第一位，此时从机在下降沿接收数据，但此时从机并未发送数据（用'x'表示）。 2. 在第1个时钟周期，主机继续发送0xaa的第二位，同时从机开始发送0x55的第一位，此时主机接收从机的数据。 3. 此过程持续到第8个时钟周期，主机和从机的数据完全交换，各自接收到对方的原始数据。 SPI支持多种工作模式，如主模式/从模式、极性（CPOL）和相位（CPHA）的设置，这些设置可以根据具体应用的需求进行调整，以适应不同速度和同步要求。例如，CPOL定义了时钟的空闲状态，而CPHA决定了数据是在时钟边沿的前半周期还是后半周期被采样。 SPI协议的灵活性和效率使其成为许多嵌入式系统中的首选接口，适用于连接传感器、存储器、显示控制器等各种外设。然而，SPI并不支持多主设备同时通信，如果需要多个主设备共享总线，可能需要额外的硬件逻辑来协调。理解SPI的工作原理和时序对于设计和调试基于SPI的系统至关重要。