SPI及其接口介绍

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1、一、SPI接口简介SPI(SerialPeripheralInterface--串行外设接口)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。SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设备FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器(如图一所示)和MCU等。图一、ADC中的SPI二、SPI接口一个典型的SPI模块的核心部件是一个8位的移位寄存器和一个8位的数据寄存器SPIDR。通过SPI进行数据传送的设备有主SPI和从SPI之分，即SPI传送在一个主SPI和一个从SPI之间进行

2、。图二给出了两个SPI模块相互连接、进行SPI传送的示意图，图左边是一个主SPI，图右边为一个从SPI。图二、典型SPI示意图在AN-877应用笔记中，对spi的接口定义与典型spi接口有所不同，AN-877使用一根线SDIO代替了典型SPI的MISO和MOSI，SS接口用CSB代替。图三和图四分别是双线模式下单器件控制（主从一对一）和双线模式下多器件控制（主从一对多）。图三：主从一对一控制图四：主从一对多控制不管是典型SPI还是三引脚SPI，其基本原理都是一样的，都是主SPI通过SDIO（或MISO与MOSI）将数据传递到从SPI中，通过从SPI控制功能模块。一般来说ADC中的S

3、PI指的是模块中的从SPI极其接口，主SPI可以使用MCU或者单片机实现。主SPI不属于器件的部分，可以不用考虑，操作起来比较简单。从SPI由指令移位寄存器、指令数据缓存器、寄存器控制逻辑、寄存器构成，如图五所示。主SPI发送过来的串行数据先依次进入指令移位寄存器，指令移位寄存器再依次将数据传送到指令缓存器。寄存器控制逻辑根据MSB优先或LSB优先控制指令移位寄存器的移位以及控制指令缓存器的输出，将其传送到相应地址的寄存器当中。寄存器包括三种类型：配置寄存器、传送寄存器和编程寄存器。寄存器存入相应数据之后，先根据配置寄存器配置串行接口，编程寄存器再根据寄存器功能表中的定义输出相对应

4、的控制信号，最后根据传送寄存器指令统一输出控制信号。图五：SPI接口的功能模块三、SPI协议（根据AN-877应用笔记）SPI接口有主机跟从机之分，主从机可以是一对一，也可以是一对多，但是原理都一样。主从机之间一般由3个引脚组成：串行时钟引脚（SCLK）、串行数据输入/输出引脚（SDIO）、片选引脚（CSB）。1、引脚数据输入/输出（SDIO）：该引脚用作数据的输入/输出，用作输入还是用作输出具体取决于所发送的指令（读或写）以及时序帧中的相对位置（指令周期或数据周期）。在读或写的第一个阶段，该引脚用作输入，将信息传递到内部状态机。如果该命令为读命令，状态机把该引脚（SDIO）变为输

5、出，然后该引脚将数据回传给外部控制器。如果该命令为写命令，该引脚始终用作输入。串行时钟（SCLK）：SCLK由外部控制器提供，时钟频率最高为25MHZ。所有数据的输入输出都是与SCLK同步的。输入数据在SCLK的上升沿有效，输出数据在SCLK的下降沿有效。片选信号（CSB）：CSB是低电平有效的控制信号，用于选通读写周期。当CSB为低电平时，SPI才会处理SDIO上的数据信息。当CSB为高电平时，SPI忽略SDIO上的数据信息。此外，CSB还有一种特殊作用。CSB可以在字节边界处停止在高电平，为外部的时序处理提供更多的时间。（见图2）图六：带有停止时间的MSB优先指令和数据2、格式

6、当内部状态机处在空闲状态且第一次在SCLK的上升沿检测到CSB为低电平时，确认为帧的开始。传输的第一个阶段为指令阶段，指令由16位组成，之后是数据阶段，数据由一个或多个8位组成，长度不定。（1）指令周期指令周期为传输的前16位，如下图所示，指令周期划分为若干位段。A、读/写在MSB优先（参见“位序”部分）时，数据流中的第一位是读/写指示位。若该位为高电平，则表示指令为读取指令。当指令周期（前16位）完成时，内部状态机使用所提供的信息解码要读取的内部地址。随后SDIO由输入变为输出，由字长定义的适当数量的字从器件移位出来（参见“字长”部分）。一旦字长所要求的所有数据均已移位输出，状态

7、机便返回空闲模式，等待下一个指令周期。此时应拉高CSB，表示一次处理结束。若数据流中的第一位为低电平，则表示指令为写入指令。指令周期完成时，内部状态机使用所提供的信息解码要写入的内部地址。指令之后的所有数据均将移入SDIO引脚并送往目标地址（当需要写入的数据为多个时，地址将自动递增或递减）。一旦传输完所有数据，状态机便返回空闲模式，等待下一个指令周期。此时应拉高CSB，表示一次结束。无论是读取模式还是写入模式，处理过程都会持续到字长要求时或CSB线路拉高（在非流处理模