SPI通信协议（SPI总线）学习

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一
种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

支持全双工通信
通信简单
数据传输速率块
没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，

所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷。

1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式

2）：主从机通信模式

1）：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)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
(1)SDO/MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入;
(2)SDI/MISO – 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/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设
备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需
要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。

2）：需要说明的是，我们SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配
置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们
可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来
控制我们主设备的通信模式，具体如下：
Mode0：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA
是用来配置数据采样是在第几个边沿：

CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时
CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时
CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿
CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿

例如：

CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是

SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿(准备数据），（发送数据）数据发送是在下降沿。

CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据发送是在第1个边沿，也就是
SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。
CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是
SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。
CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第1个边沿，也就是
SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

模式1

 1 /*
 2 函数功能：模拟SPI总线发送并且接收一个字节
 3 函数形参：需要发送的数据
 4 函数返回值：接收道的结果
 5 备注：通信速度：100MHz
 6 */
 7 u8 spi_send_and_recive_byte(u8 send_byte_data)
 8 {
 9     u8 recive_byte_data = 0;
10     u8 value = 0;
11     
12     //下降沿准备数据；上升沿发送并且接收数据
13     for(value = 0; value < 8; value++)
14     {
15         CLK = 0;//让主从设备准备数据
16         if(send_byte_data & (0x80 >> value))
17         {
18             MOSI = 1;
19         }
20         else
21         {
22             MOSI = 0;
23         }
24         CLK = 1;//让主从设备发送并且接收数据
25         recive_byte_data <<= 1;
26         recive_byte_data |= MISO;
27     }
28     
29 }

View Code

需要注意的是：我们的主设备能够控制时钟，因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信
那样有专门的通信周期，有专门的通信起始信号，有专门的通信结束信号；所以我们的
SPI协议能够通过控制时钟信号线，当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是
保持高电平要么是保持低电平。

最后，再附上用IO口来模拟的四种SPI模式程序，仅作参考理解用，还要根据实际情况改写，如下：

 1 //表示相关引脚高低电平，要根据实际引脚修改。
 2 SSEL_D(0) SSEL_D(1)  //片选
 3 SCK_D(0)  SCK_D(1)     //时钟信号
 4 MOSI_D(0) MOSI_D(1)   //SDO
 5 MISO_I(0) MISO_I(1)       //SDI
 6 #define _CPOL     1  //时钟极性
 7 #define _CPHA     0  //时钟相位
 8 //延时子程序
 9 void delay()
10 unsigned char m,n;
11    for(n=0;n<5;n++);
12   for(m=0;m<100;m++);
13 /**********************************************
14 ***********************************************/

头部

 1 #if _CPOL==0&&_CPHA==0          //MODE   0  0 
 2 void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
 3 unsigned char n;
 4 for(n=0;n<8;n++)
 5 SCK_D(0);
 6 if(dat&0x80)MOSI_D(1);
 7 else MOSI_D(0);
 8 dat<<=1;
 9 SCK_D(1);
10 SCK_D(0);
11 /*********************************************
12 *********************************************/
13 unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
14 unsigned char n ,dat,bit_t;
15 for(n=0;n<8;n++)
16 SCK_D(0);
17 dat<<=1;
18 if(MISO_I())dat|=0x01;
19 else dat&=0xfe;
20 SCK_D(1);
21 SCK_D(0);
22 return dat;
23 #endif
24 /*********************************************
25 *********************************************/

模式0

 1 #if _CPOL==0&&_CPHA==1           //MODE  0  1（上升沿准备，下降沿发送）
 2 void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
 3 unsigned char n;
 4 SCK_D(0);
 5 for(n=0;n<8;n++)
 6 SCK_D(1);
 7 if(dat&0x80)MOSI_D(1);
 8 else MOSI_D(0);
 9 dat<<=1;
10 SCK_D(0);
11 /*********************************************
12 *********************************************/
13 unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
14 unsigned char n ,dat,bit_t;
15 for(n=0;n<8;n++)
16 SCK_D(1);
17  dat<<=1;
18 if(MISO_I())dat|=0x01;
19 else dat&=0xfe;
20 SCK_D(0);
21 SCK_D(0);
22 return dat;
23 #endif
24 /**********************************************
25 ***********************************************/

模式1

 1 #if _CPOL==1&&_CPHA==0           //MODE   1  0
 2 void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
 3 unsigned char n;
 4 for(n=0;n<8;n++)
 5 SCK_D(1);
 6 if(dat&0x80)MOSI_D(1);
 7 else MOSI_D(0);
 8 dat<<=1;
 9 SCK_D(0);
10 SCK_D(1);
11 /*********************************************
12 *********************************************/
13 unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
14 unsigned char n ,dat,bit_t;
15 for(n=0;n<8;n++)
16 SCK_D(1);
17 dat<<=1;
18 if(MISO_I())dat|=0x01;
19 else dat&=0xfe;
20 SCK_D(0);
21 SCK_D(1);
22 return dat;
23 #endif
24 /**********************************************
25 ***********************************************/

模式2

 1 #if _CPOL==1&&_CPHA==1            //MODE  1  1
 2 void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
 3 unsigned char n;
 4 SCK_D(1);
 5 for(n=0;n<8;n++)
 6 SCK_D(0);
 7 if(dat&0x80)MOSI_D(1);
 8 else MOSI_D(0);
 9 dat<<=1;
10 SCK_D(1);
11 /************************************
12 ************************************/
13 unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
14 unsigned char n ,dat,bit_t;
15 SCK_D(0);
16 for(n=0;n<8;n++)
17 { SCK_D(0);
18 dat<<=1;
19 if(MISO_I())dat|=0x01;
20 else dat&=0xfe;
21 SCK_D(1);
22 SCK_D(1);
23 return dat;
24 #endif

模式3

SPI通信协议（SPI总线）学习

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