SPI总线通俗易懂讲解.docx
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SPI总线通俗易懂讲解
SPI总线通俗易懂讲解
SPI总线
MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。
传输的速率由时钟信号SCK决定，SI为数据输入、SO为数据输出。
采用SPI总线的系统如图8-27所示，它包含了一个主片和多个从片，主片通过发出片选信号-CS来控制对哪个从片进行通
信，当某个从片的-CS信号有效时，能通过SI接收指令、数据，并通过SO发回数据。
而
未被选中的从片的SO端处于高阻状态。
图8-27SPI总线的系统
主片在访问某一从片时，必须使该从片的片选信号有效；主片在SCK信号的同步下，
通过SI线发出指令、地址信息；如需将数据输出，则接着写指令，由SCK同步在SI线上
发出数据；如需读回数据，则接着读指令，由主片发出SCK，从片根据SCK的节拍通过SO发回数据。
因而对具有SPI接口的从片器件来讲，SCK、SI是输入信号，SO是输出信号。
SCK用于主片和从片通信的同步。
SI用于将信息传输到器件，输入的信息包括指令、地址和数据，指令、地址和数据的变化在SCK的低电平期间进行，并由SCK信号的上升沿锁存。
SO用
于将信息从器件传出，传出的信息包括状态和数据，信息在SCK信号的下降沿移出。
Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了SPI总线，该系列器件的性能如
表8-2所示。
表8-2Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM
型号
25XX040
25XX080
25XX160
25XX320
容量
4K
8K
16K
32K
（512X8bit）
（1024X8bit）
（4096X8bit）
（4096X8bit）
地址信号
A0~A8
A0~A9
A0~A10
A0~A11
以25XX320为例，该器件是4K字节的E2PROM，结构如图8-28所示，接口信号为
SCK、SI和SO,此外还具有-CS、-WP、-HOLD信号线。
其中-CS为器件选中信号，当此
信号为低电平时器件被选中，高电平时器件处于等待状态。
图8-2825XX320的结构
与并行接口电路不同的是，在并行接口电路中对器件进行操作的控制信号，在串行接口
电路中只能用指令实现，25XX320的操作指令有数据读指令、写操作的允许和禁止指令、写数据指令和状态寄存器的读写指令。
在器件的内部有一个8位的指令寄存器，在SCK的
上升沿，通过SI信号线，指令输入到上述寄存器并被执行。
表8-325系列串行存储器的指令
指令名称
指令格式
描述
READ
00000011
从选定的地址开始读存储器数据
WRITE
00000010
从选定的地址开始写存储器数据
WRDI
00000100
禁止写操作
WREN
00000110
允许写操作
RDSR
00000101
读状态寄存器
WRSR
00000001
写状态寄存器
器件的读操作时序如图8-29所示。
当-CS信号有效时，在SCK信号的同步下，8位的读指令送入器件，接着送入16位地址（由于25XX320只使用地址信号A0~A11，地址的
高4位无效）。
在读指令和地址发出后，SCK继续发出时钟信号，此时存储在该地址的数
据由SCK控制从SO引脚移出。
在每个数据移出后，内部的地址指针自动加1，如继续对
器件发送SCK信号，可读出下一个数据。
当地址指针计到0FFFH之后，将回到0000H。
读操作的结束由-CS信号变高实现。
cs
01234567291011212223242526272B293031
现_rwwuwwirmnmuirmiuwirL
25XX系列的串行EEPROM的写操作通过写允许及禁止指令控制，写操作必须在器件处于写允许状态时进行。
写允许及禁止指令均为8位的指令，指令的操作过程为：
将-CS信号置为低电平，在
SCK信号的作用下，通过SI引脚输入上述指令，在8位的指令送入器件之后，将-CS信号置为高电平，使器件锁存于写允许或写禁止状态。
如在输入写允许指令后未将-CS信号置为
高电平，则写允许状态未锁存，此时如直接进行写操作，数据将不能写入存储器。
在上电、写禁止指令、写状态寄存器指令、写数据指令执行之后，器件的写允许状态将被复位，即处
于写禁止状态。
写操作通常在写允许指令之后进行，其时序如图8-30所示。
在写允许状态锁存后，将
-CS变高；再将-CS变低，在SCK的同步下输入写操作指令并送入16位地址，紧接着发送
需写入的数据，写入的数据一次最多可达32个，但必须保证在同一页内。
一页数据的地址
从XXXXXXXXXXX00000开始，至UXXXXXXXXXXX11111结束，当内部的地址指针计数器达到XXXXXXXXXXX11111后，继续发送时钟信号将使地址计数器回复到该页的第
一个地址，即XXXXXXXXXXX00000H
厉飞厂
01234567S910112122232425262729293031
现_JUWUUWWLT1JL___JUULTUHWUIJUL
pooooc/TFMi^——）（2XnS
高阻
so
图8-3025系列串行存储器的写时序
为了使数据有效写入，-CS信号只能在写入数据的最后一个字节的最低位写入后变高。
如-CS信号在其他时间变高，将无法保证数据的完整写入。
在写操作的过程中，能通过读状
态指令将状态寄存器的内容读回，当写操作完成后，写允许锁存状态将被复位。
优缺点
SPI接口具有如下
优点：
1）支持全双工操作；
2）操作简单；
3）数据传输速率较高。
缺点：
1）需要占用主机较多的口线（每个从机都需要一根片选线）；
2）只支持单个主机。
3）没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
如果还是看不懂，那就再通俗点
SPI总线协议介绍
、技术性能
SPI接口是Motorola首先提出的全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式
如下图所示。
、接口定义
SPI接口共有4根信号线，分别是：
设备选择线、时钟线、串行输出数据线、串行输入数据
线。
（1）MOSI:
主器件数据输出，从器件数据输入
（2）MISO:
主器件数据输入，从器件数据输出
（3）SCLK:
时钟信号，由主器件产生
（4）/SS:
从器件使能信号，由主器件控制三、内部结构
SLAVE
WASTER
四、时钟极性和时钟相位
在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（CPOL或UCCKPL）和时钟相位（CPHA
或UCCKPH）。
时钟极性设置时钟空闲时的电平，时钟相位设置读取数据和发送数据的时钟沿。
主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的。
所以为了保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。
SPI接口时钟配置心得：
在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的
时钟要求，因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。
因此在时钟极性的配
置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数据，是在时钟的下降沿还是上
升沿输出数据。
五、传输时序
SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的
从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。
如下图所示，在SCLK的
下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。
五、数据传输
在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：
1）主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读取这1位数据;
2）从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读取这1位数据。
这是通过移位寄存器来实现的。
如下图所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接
成环。
随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并
且依次移入从机寄存器和主机寄存器。
当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄
存器内容的交换。
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