1.SPI接口原理

串（chuàn）行外围设备接口(Serial Peripheral Interface,SPI)，用来在微控制（zhì）器和（hé）外围设备芯（xīn）片之间提供一个低成本、易使用的（de）接口(SPI有时候（hòu）也被称为4线接口（kǒu）)。这（zhè）种接（jiē）口可以用来连接存储（chǔ）器（qì）(存储数据)、A/D转换器、D/A转换器、实时时钟日历、LCD驱动器、传感器等（děng）等。

SPI主要使用四个信（xìn）号：主机输出/从机（jī）输入(MOSI)、主机输入/从机输出（chū）(MISO)、串行（háng）SCLK或SCK、外设芯片(CS)。有（yǒu）些处（chù）理器有SPI接口专用的芯片选（xuǎn）择，称（chēng）为从机选（xuǎn）择SS。

MOSI信号由主机产生，从机接（jiē）受。在有些芯片上，MOSI只被简单地（dì）标（biāo）为串行输入（rù）(SI),或（huò）者串行（háng）数（shù）据输入（rù）SDI。MISO信号由（yóu）从机产（chǎn）生，不过还（hái）是（shì）在主机（jī）的控（kòng）制下产（chǎn）生的（de）。在一些（xiē）芯片上（shàng），MISO有时被（bèi）称（chēng）为串行输出(SO),或者串行数据输出（chū）(SDO)。外（wài）设片选信（xìn）号通常（cháng）只是由主机（jī）的备（bèi）用I/O引（yǐn）脚产生。

与（yǔ）标（biāo）准的串行接口接口不同，SPI是一个（gè）同步协议接口，所有的传输都（dōu）参照一个共同的时（shí）钟，这个同步时钟（zhōng）信号由主机产生，接（jiē）收数据的外设使用时钟来对（duì）串行比特流的接（jiē）受进行同步化。可以将（jiāng）多（duō）个具有（yǒu）SPI接口的芯片连到主（zhǔ）机的同（tóng）一个SPI接口上，主机通过控制从设备的片选（xuǎn）输（shū）入引脚来选（xuǎn）择接受数据的从（cóng）设（shè）备。

2.SPI传输过程

主机（jī）和外设都包含一个串（chuàn）行移位寄存器，主机通过它的SPI串行寄存（cún）器写入一个字节（jiē）来（lái）发起一次（cì）传输。寄存器（qì）是通过MOSI信号线将字节传送（sòng）给外设，外设也将（jiāng）自己的移位寄（jì）存（cún）器（qì）中的内（nèi）容通过MISO信（xìn）号线返回给主机（jī）。这样（yàng），两个移位（wèi）寄存器中的（de）内容就被交换了（le）。外设的写操作和读操作是同步完成的，因此SPI成为一（yī）个很有效的协议。

如果只是进（jìn）行写操作，主机只需忽略收到（dào）的字节;反过（guò）来，如果主（zhǔ）机要（yào）读取外（wài）设的一个字节，就必须发送一（yī）个空字（zì）节来引发从机的（de）传输。

当主（zhǔ）机（jī）发送一个连续的数据流时，有些外（wài）设能够进行多字（zì）节（jiē）传输。许多（duō）拥有SPI接（jiē）口的存储器芯（xīn）片都以（yǐ）这种方式工（gōng）作。在这种传输方式下，SPI外（wài）设的芯片选择端必须（xū）在整个传（chuán）输过（guò）程中（zhōng）保持（chí）低电（diàn）平。比（bǐ）如，存（cún）储器芯片会希望（wàng）在一个“写“命令之（zhī）后（hòu）紧接着（zhe）收到的是四个地址字节(起始地址)，这样，后面接受（shòu）到的（de）数据就可以存储到（dào）该地址。一次（cì）传输可能会涉及（jí）千字节的移位或更多信息。

其他（tā）外设只需要一（yī）个单字节(比如一个发（fā）给A/D转换器的命令)，有些甚至还支持菊花（huā）链（liàn）连接，菊花链连接三台SPI设（shè）备，如下图（tú）：

主机处理器从（cóng）其（qí）SPI接口发送三（sān）个字节的数据。第（dì）一个字节发送给外（wài）设A，当第二个字节发送给（gěi）外（wài）设A的时候，第一个字节已移出了A，而传送给了（le）B。同样，主机（jī）想要从外设A读取一个结（jié）果，它（tā）必须（xū）再发送（sòng）一个3字节（jiē）(空字（zì）节)的序列（liè），这样就可以（yǐ）把A中的数据移到B中（zhōng），然后再移到C中（zhōng），最后送回到（dào）主机。在这个过程中，主机还（hái）依（yī）次从B和C接受到字节。

注意，菊花链（liàn）连（lián）接不一定（dìng）适（shì）用于所有的SPI设备（bèi），特别是要求多字节传输的（de）设（shè）备(比如存储器芯片)，有的外设芯片也（yě）不支持菊花链连接（jiē）。

根据（jù）时钟（zhōng）极（jí）性和时钟（zhōng）相位的（de）不同，SPI有四个工（gōng）作模式：

时钟（zhōng）极性CPOL有高（gāo）、低两极;时钟极性为低电平时，空（kōng）闲（xián）时时钟（zhōng）(SCK)处于低电平，传（chuán）输时跳到高电平;时钟极性为高电平时，空闲时时钟处于高电平，传（chuán）输时跳到低（dī）电（diàn）平。

时钟相位CPHA有两个：时钟相位（wèi）0和时钟相位1。当时（shí）钟相位（wèi）为（wéi）0时，时（shí）钟周期的前一边缘采集数据;当时钟（zhōng）相位为（wéi）1时，时（shí）钟（zhōng）周期的后一边缘采集数据（jù）。