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13.2 SPI時(shí)序初步認(rèn)識 SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)和電子設(shè)備中，特別是用于微控制器和外部器件之間的通信。SPI通信原理比I2C要簡單，它主要是主從方式通信，這種模式通常只有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)或者多個(gè)從機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的SPI是4根線，分別是SSEL（片選，也寫作SCS）、SCLK（時(shí)鐘，也寫作SCK）、MOSI（主機(jī)輸出從機(jī)輸入Master Output/Slave Input）和MISO（主機(jī)輸入從機(jī)輸出Master Input/Slave Output）。 SSEL：從設(shè)備片選使能信號。如果從設(shè)備是低電平使能的話，當(dāng)拉低這個(gè)引腳后，從設(shè)備就會(huì)被選中，主機(jī)和這個(gè)被選中的從機(jī)進(jìn)行通信。 SCLK：時(shí)鐘信號，由主機(jī)產(chǎn)生，和I2C通信的SCL有點(diǎn)類似。 MOSI：主機(jī)給從機(jī)發(fā)送指令或者數(shù)據(jù)的通道。 MISO：主機(jī)讀取從機(jī)的狀態(tài)或者數(shù)據(jù)的通道。 在某些情況下，也可以用3根線的SPI或者2根線的SPI進(jìn)行通信。比如主機(jī)只給從機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)不需要回復(fù)數(shù)據(jù)的時(shí)候，那么MISO就可以不要；而在主機(jī)只讀取從機(jī)的數(shù)據(jù)，不需要給從機(jī)發(fā)送指令的時(shí)候，那MOSI就可以不要；當(dāng)一個(gè)主機(jī)一個(gè)從機(jī)的時(shí)候，從機(jī)的片選有時(shí)可以固定為有效電平而一直處于使能狀態(tài)，那么SSEL就可以不要；此時(shí)如果再加上主機(jī)只給從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么SSEL和MISO都可以不要；如果主機(jī)只讀取從機(jī)送來的數(shù)據(jù)，SSEL和MOSI都可以不要。3線和2線的SPI也是有應(yīng)用的，但是當(dāng)提及SPI的時(shí)候，一般都是指4根線的標(biāo)準(zhǔn)SPI。 SPI通信的主機(jī)也是單片機(jī)，在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)序的過程中，有四種模式，要了解這四種模式，首先得學(xué)習(xí)以下兩個(gè)名詞。 CPOL: Clock Polarity，就是時(shí)鐘的極性。時(shí)鐘的極性是什么概念呢？通信的整個(gè)過程分為空閑時(shí)刻和通信時(shí)刻，如果SCLK在數(shù)據(jù)發(fā)送之前和之后的空閑狀態(tài)是高電平，那么CPOL=1，如果空閑狀態(tài)SCLK是低電平，那么CPOL=0。 CPHA: Clock Phase，就是時(shí)鐘的相位。主機(jī)和從機(jī)要交換數(shù)據(jù)，就牽涉到一個(gè)問題，即主機(jī)在什么時(shí)刻輸出數(shù)據(jù)到MOSI上而從機(jī)在什么時(shí)刻采樣這個(gè)數(shù)據(jù)，或者從機(jī)在什么時(shí)刻輸出數(shù)據(jù)到MISO上而主機(jī)什么時(shí)刻采樣這個(gè)數(shù)據(jù)。同步通信的一個(gè)特點(diǎn)就是所有數(shù)據(jù)的變化和采樣都是伴隨著時(shí)鐘沿進(jìn)行的，也就是說數(shù)據(jù)總是在時(shí)鐘的邊沿附近變化或被采樣。而一個(gè)時(shí)鐘周期必定包含了一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿，只是這兩個(gè)沿的先后并無規(guī)定。又因?yàn)閿?shù)據(jù)從產(chǎn)生的時(shí)刻到它的穩(wěn)定是需要一定時(shí)間的，那么，如果主機(jī)在上升沿輸出數(shù)據(jù)到MOSI上，從機(jī)就只能在下降沿去采樣這個(gè)數(shù)據(jù)了。反之如果一方在下降沿輸出數(shù)據(jù)，那么另一方就必須在上升沿采樣這個(gè)數(shù)據(jù)。 CPHA=1，就表示數(shù)據(jù)的輸出是在一個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)沿上，至于這個(gè)沿是上升沿還是下降沿，這要視CPOL的值而定，CPOL=1那就是下降沿，反之就是上升沿。那么數(shù)據(jù)的采樣自然就是在第二個(gè)沿上了。 CPHA=0，就表示數(shù)據(jù)的采樣是在一個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)沿上，同樣它是什么沿由CPOL決定，那么數(shù)據(jù)的輸出自然就在第二個(gè)沿上了。仔細(xì)想一下，這里會(huì)有一個(gè)問題：就是當(dāng)一幀數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)谝粋�(gè)bit時(shí)，在第一個(gè)時(shí)鐘沿上就采樣該數(shù)據(jù)了，那么它是在什么時(shí)候輸出來的呢？有兩種情況：一是SSEL使能的邊沿，二是上一幀數(shù)據(jù)的最后一個(gè)時(shí)鐘沿，有時(shí)兩種情況還會(huì)同時(shí)生效。 以CPOL=1/CPHA=1為例，將時(shí)序圖展示出來，如圖13-8所示。 13-8 SPI通信時(shí)序圖（一） 如圖13-8所示，當(dāng)數(shù)據(jù)未發(fā)送時(shí)以及發(fā)送完畢后，SCK都是高電平，因此CPOL=1。可以看出，在SCK第一個(gè)沿的時(shí)候，MOSI和MISO會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)SCK第二個(gè)沿的時(shí)候，數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，此刻采樣數(shù)據(jù)是合適的，也就是上升沿即一個(gè)時(shí)鐘周期的后沿鎖存讀取數(shù)據(jù)，即CPHA=1。SSEL片選引腳通常用來決定是哪個(gè)從機(jī)和主機(jī)進(jìn)行通信。將剩余的三種模式的時(shí)序圖畫出來，簡化起見把MOSI和MISO合在一起，如圖13-9所示。 13-9 SPI通信時(shí)序圖（二） 在時(shí)序上，SPI是不是比I2C要簡單的多？沒有了起始、停止和應(yīng)答，UART和SPI在通信的時(shí)候，只負(fù)責(zé)通信，不管是否通信成功，而I2C卻要通過應(yīng)答信息來獲取通信成功失敗的信息，所以相對來說，UART和SPI的時(shí)序都要比I2C簡單一些。
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