SPI通信

• SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司开发的一种通用数据总线
• 四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select）
• MOSI：是主设备输出、从设备输入的数据信号线；、MISO：主设备输入、从设备输出的数据信号线； 
• 同步，全双工
• 支持总线挂载多设备（一主多从）

SPI硬件电路

• 所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起
• 主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚
• 输出引脚配置为推挽输出，输入引脚配置为浮空或上拉输入
• 主机只能选择一个从机，选择多个从机就会导致数据冲突。当从机的SS引脚为高电平，就是从机未被选中，它的MISO引脚必须切换为高阻态，也就是把引脚断开。这样就可以防止一条线有多个输出，而导致的电平冲突问题。

移位示意图

移位寄存器有一个时钟输入端，因为SPI都是高位先行，所以每来一个时钟，移位寄存器就会向左移位，从机的移位寄存器同理。移位寄存器的时钟源是由主机提供的，这里叫做波特率发生器，它产生的时钟驱动主机的移位寄存器进行移位。同时，这个时钟也通过SCK引脚进行输出，接到从机的移位寄存器里。主机移位寄存器左边移出去的数据通过MOSI引脚，输入到从机的移位寄存器的右边，从机移位寄存器的数据根据MISO输入到主机移位寄存器的右边。

首先规定，波特率发生器时钟上升沿，所有移位寄存器向左移动一位，移出去的位放在引脚上，波特率发生器时钟的下降沿，引脚上的位，采样输入到移位寄存器的最低位。

SPI时序基本单元

起始条件和终止条件

• 起始条件：SS从高电平切换到低电平
• 终止条件：SS从低电平切换到高电平

模式1

• 交换一个字节（模式1）
• CPOL=0：空闲状态时，SCK为低电平
• CPHA=1（时钟相位：决定第一个时钟采样移入还是第二个时钟采样移入）：SCK第一个边沿移出数据，第二个边沿移入数据

SS高电平时，MISO用一条中间的线表示高阻态，SS下降沿之后，从机的MISO被允许开启输出。SS上升沿之后，从机的MISO必须置回高阻态。当SCK为上升沿时，主机和从机同时移除数据，主机通过MOSI移除最高位，此时的MOSI的电平就表示主机要发送数据B7，从机通过MISO移除最高位，此时MISO就表示从机要发送数据B7。之后时钟运行，产生下降沿，此时的主机和从机需同时移入数据，也就是数据采样，这里主机移除B7，进入从机移位寄存器的最低位，从机移除B7，进去主机移位寄存器的最低位。一个时钟脉冲产生完毕，一位数据传输完毕。

SPI时序（发送指令）

在这里我们使用的是模式0，首先SS是高电平，SCK是低电平。SS产生下降沿，时序开始，在下降沿时刻，MOSI和MISO就开始比变换数据，MOSI的指令码仍为0，所以保持低电平不变，MISO从机没有数据发给主机，引脚电平没有变换。从机采样输入，得到0，主机采样输入，得到1。之后主机要发送数据1，SCK下降沿，数据移出，主机将1移出到MOSI，MOSI变高电平。当主机发送0时候，SCK下降沿，MOSI变为0。SCK上升沿，数据采样，从机接收数据为0。总体来说，SCK低电平时变化时期，高电平时读取时期（下降沿变换数据，上升沿采样数据）。

这个SPI时序代表，主机用0x06换来了从机的0xFF。

SPI时序（指定地址写）

向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）。

SPI时序（指定地址读）

向SS指定的设备，发送写指令（0x02），随后在指定地址（Address[23:0]）下，写入指定数据（Data）。