串行外設(shè)接口 （SPI） 總線是一個(gè)工作在全雙工模式下的同步串行數(shù)據(jù)鏈路。它可用于在單個(gè)主控制器和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。其簡(jiǎn)單的實(shí)施方案只使用四條支持?jǐn)?shù)據(jù)與控制的信號(hào)線（圖 1）：

雖然表 1 中的引腳名稱來自摩托羅拉開發(fā)的 SPI 標(biāo)準(zhǔn)，但具體集成電路的 SPI 端口名稱往往與圖 1 中所示的不同。

SPI 數(shù)據(jù)速率一般在 1 到 70MHz 的范圍內(nèi)，字長(zhǎng)為從 8 位及 12 位到這兩個(gè)值的倍數(shù)。

數(shù)據(jù)傳輸一般由數(shù)據(jù)交換構(gòu)成。在主控制器向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從設(shè)備也向主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)。因此主控制器的內(nèi)部移位寄存器和從設(shè)備都采用環(huán)形設(shè)置（圖 2）。

在數(shù)據(jù)交換之前，主控制器和從設(shè)備會(huì)將存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)加載至它們的內(nèi)部移位寄存器。收到時(shí)鐘信號(hào)后，主控制器先通過 MOSI 線路時(shí)鐘輸出其移位寄存器的 MSB。同時(shí)從設(shè)備會(huì)讀取位于 SIMO 的主控器第一位元，將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，然后通過 SOMI 時(shí)鐘輸出其 MSB。主控制器可讀取位于 MISO 的從設(shè)備第一位元，并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，以便后續(xù)處理。整個(gè)過程將一直持續(xù)到所有位元完成交換，而主控器則可讓時(shí)鐘空閑并通過 /SS 禁用從設(shè)備。

除設(shè)置時(shí)鐘頻率外，主控制器還可根據(jù)數(shù)據(jù)配置時(shí)鐘極性和相位。這兩個(gè)分別稱為 OPOL 與 CPHA 的選項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào) 180 度的相移以及半個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)延遲。圖 3 是相應(yīng)的定時(shí)圖。

CPOL = 0 時(shí)，時(shí)鐘空閑在邏輯 0 位置上：

如果 CPHA = 0，數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿讀取，在下降沿變化。

如果 CPHA = 1，數(shù)據(jù)在 SCK 的下降沿讀取，在上升沿變化。

CPOL = 1 時(shí)，時(shí)鐘在邏輯為高時(shí)空閑：

如果 CPHA = 0，數(shù)據(jù)在 SCK 的下降沿讀取，在上升沿變化。

如果 CPHA = 1，數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿讀取，在下降沿變化。

在 SPI 中，主控制器可與單個(gè)或多個(gè)從設(shè)備通信。如果是一個(gè)單從設(shè)備，從設(shè)備選擇信號(hào)可連接至從設(shè)備的本地接地電位，實(shí)現(xiàn)永久接入。對(duì)使用多個(gè)從設(shè)備的應(yīng)用，可使用兩種配置：獨(dú)立從設(shè)備與菊花鏈從設(shè)備（圖 4）。

要與從設(shè)備單獨(dú)通信，主控制器必須提供多重從設(shè)備選擇信號(hào)。該配置通常用于必須單獨(dú)訪問多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 及數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。

菊花鏈從設(shè)備只需要主控制器提供一個(gè)從設(shè)備選擇信號(hào)，因?yàn)檫@種配置要求所有從設(shè)備同時(shí)啟用，以確保數(shù)據(jù)不間斷地流經(jīng)該鏈路中的所有移位寄存器。典型應(yīng)用是工業(yè) I/O 模塊中的級(jí)聯(lián)多通道輸入串行器與輸出驅(qū)動(dòng)器。

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