串行外設接口(SPI)總線時序詳解

SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現在越來越多的芯片集成了這種通信協議。SPI是一個環形總線結構，由ss(cs)、sck、sdi、sdo構成，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數據交換。

SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信：一條時鐘線SCK，一條數據輸入線MOSI，一條數據輸出線 MISO;用于 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有：可以同時發出和接收串行數據;可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發送結束中斷標志;寫沖突保護;總線競爭保護等。

SPI總線有四種工作方式(SP0， SP1， SP2， SP3)，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式。SPI模塊為了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性(CPOL)對傳輸協議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平;如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。時鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果 CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿(上升或下降)數據被采樣;如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿(上升或下降)數據被采樣。

SPI主模塊和與之通信的外設音時鐘相位和極性應該一致。

SPI時序詳解---SPI接口在模式0下輸出第一位數據的時刻SPI接口有四種不同的數據傳輸時序，取決于CPOL和CPHL這兩位的組合。圖1中表現了這四種時序，時序與CPOL、CPHL的關系也可以從圖中看出。

圖1

CPOL是用來決定SCK時鐘信號空閑時的電平，CPOL=0，空閑電平為低電平，CPOL=1時，空閑電平為高電平。CPHA是用來決定采樣時刻的，CPHA=0，在每個周期的第一個時鐘沿采樣，CPHA=1，在每個周期的第二個時鐘沿采樣。由于我使用的器件工作在模式0這種時序(CPOL=0，CPHA=0)，所以將圖1簡化為圖2，只關注模式0的時序。

圖2

我們來關注SCK的第一個時鐘周期，在時鐘的前沿采樣數據(上升沿，第一個時鐘沿)，在時鐘的后沿輸出數據(下降沿，第二個時鐘沿)。首先來看主器件，主器件的輸出口(MOSI)輸出的數據bit1，在時鐘的前沿被從器件采樣，那主器件是在何時刻輸出bit1的呢?bit1的輸出時刻實際上在 SCK信號有效以前，比SCK的上升沿還要早半個時鐘周期。bit1的輸出時刻與SSEL信號沒有關系。再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的，那從器件又是在何時刻輸出bit1的呢。從器件是在SSEL信號有效后，立即輸出bit1，盡管此時SCK信號還沒有起效。

從這張圖就可以很清楚的看出主從器件的bit1是怎樣輸出的。