什么是SPI 串行总线

SPI(Serial Peripheral Interface)总线是Motorola公司推出的一种同步串行通信总线。利用SPI总线，单片机可以与外设之间进行8位数据的同步发送和接收。目前采用SPI总线的芯片较多，如Motorala公司的M68HC08单片机、TI公司的A-D转换器TLC2543和D-A转换器TLC5615，以及AD公司的温度传感器AD7816等。SPI 是由摩托罗拉(Motorola)公司开发的全双工同步串行总线，是微处理控制单元(MCU)和外围设备之间进行通信的同步串行端口。主要应用在EEPROM、Flash、实时时钟(RTC)、数模转换器(ADC)、网络控制器、MCU、数字信号处理器(DSP)以及数字信号解码器之间。SPI 系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，一般使用4 条线:串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI 和低电平有效的从机选择线SSEL。

在讨论SPI 数据传输时,必须明确以下两位的特点及功能:

(1) CPOL: 时钟极性控制位。该位决定了SPI总线空闲时SCK 时钟线的电平状态。

CPL=0,当SPI总线空闲时,SCK 时钟线为低电平。

CPL=1,当SPI总线空闲时,SCK 时钟线为高电平。

(2) CPHA: 时钟相位控制位。该位决定了SPI总线上数据的采样位置。

CPHA=0,SPI总线在时钟线的第1个跳变沿处采样数据。

CPHA= 1,SPI总线在时钟线的第2个跳变沿处采样数据

SPI总线的引脚功能和时序

串行外设接口(SPI)是微控制器(MCU)和外围IC(如传感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等)之间使用较广泛的接口之一。SPI是一种同步、全双工、主从式接口。来自主机或者从机的数据在时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据。SPI接口可以是三线式或者4线式。

1.SPI总线的引脚功能

图6-1为SPI总线接口扩展示意图，其中4根信号线将主机与从机(或从器件)连接在一起，这4根线的作用如下：

图6-1 SPI总线接口扩展示意图

1)MISO(Master Input/Slave Output，主入从出)是主机与从机之间的数据线，是主机的数据输入线，是从机的数据输出线。

2)MOSI(Master Output/Slave Input，主出从入)是主机与从机之间的数据线，是主机的数据输出线，是从机的数据输入线。

3)SCK(串行时钟)是主机时钟信号输出线是从机(或从器件)的时钟信号输入线。时钟信号可以控制数据传输的速度。

4)SS(Slave Select)是从机的片选信号。

在SPI总线通信中，只有一个主机，可以有多个从机。从机可以是单片机(如8051单片机)，也可以是SPI总线接口器件，如A-D转换器TL2543等。因为所有从机(或从器件)的MOSI、MISO和SCK分别连接在一起，所以通信时主机必须通过片选信号选择一个或多个从机(或从器件)进行通信。

2.SPI总线的时序

SPI器件可以在SCK的上升沿或下降沿收发数据，数据可以按照“先高位后低位”或“先低位后高位”的顺序传输。

若假设主机在SCK的上升沿按“先高位后低位”的顺序接收数据，则由图6-2可知：

1)SS引脚出现低电平后，从机被选中;同时从机将数据的D7位(即最高位)送到MISO引脚。

2)在SS变成低电平之后的每个SCK下降沿，从机将1位数据送到MISO引脚。

3)在每个SCK的上升沿，主机采集MISO引脚上的数据，完成读(接收)数据的操作。

图6-2 SPI总线时序图

MCS-51单片机本身不带SPI总线接口，在扩展SPI总线接口芯片时，可以用其并行I/O引脚模拟产生SPI总线的信号及时序。例如，在图6-3中，分别以8051单片机的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3模拟SPI总线的MISO、MOSI、SCK和CS引脚。

图6-3 8051单片机引脚模拟SPI总线