SPI总线协议详解：数据传输与时钟配置

SPI总线协议详解 SPI (Serial Peripheral Interface) 是由摩托罗拉公司开发的一种简单高效的三线同步串行接口标准，用于在微控制器和其他外围设备之间进行全双工、同步串行通信。它包括一根时钟线SCK（Serial Clock）、一根数据输入线MOSI（Master Out, Slave In）和一根数据输出线MISO（Master In, Slave Out），支持主从模式工作，能够实现单线程数据传输。 1. 数据传输机制 在SPI协议中，数据传输基于SCK信号的周期性变化。每当SCK上升沿（从低到高）时，主设备将一个数据比特发送到MOSI线上，而从设备从同一线上接收该比特。反之，在SCK下降沿（从高到低），从设备通过MISO线向主设备发送一个数据比特，主设备再从这条线上读取。这种机制实现了双向的数据流交换，使得SPI既适合数据的发送也支持接收。 2. 时钟极性和相位设置 除了设定时钟频率外，SPI还允许设置时钟极性和相位，这通常用CPOL (Clock Polarity) 和CPHA (Clock Phase Alignment) 来表示。Freescale的SPI Block Guide将这两种设置定义如下： - CPOL (0 或 1): 当CPOL为0时，时钟基值为低电平。对于CPHA=0，数据捕获发生在时钟上升沿（从低到高），数据传播则在时钟下降沿。当CPHA=1时，数据捕获发生在时钟下降沿，数据传播在上升沿。 图形化的时序图展示了这两种配置下的具体时间关系，这对于确保数据同步和正确的时间窗口至关重要，无论主设备还是从设备都需要遵循这些设置来避免数据错误。 3. 其他特性 SPI协议提供了以下关键特性： - 可编程频率：允许用户根据应用需求调整时钟速率。 - 发送结束中断标志：主设备可以通过检测特定条件（如传输完成）请求中断，以便处理后续操作。 - 冲突保护：防止因多个设备同时试图控制总线导致的数据混乱，保证了数据的一致性和可靠性。 - 总线竞争保护：针对多设备连接时可能出现的竞争条件，通过硬件机制避免数据丢失或错误。 SPI协议是一种广泛应用在嵌入式系统中的高效接口，其简单的接口设计和灵活的工作模式使其在存储器、传感器、外设通信等场景中发挥重要作用。理解和掌握SPI协议对于任何涉及该技术的工程师来说都是至关重要的。