SPI总线接口与简单配置

SPI 总线接口

SPI总线主要由4条线组成：

n SCLK —Serial Clock （output from master）

n MOSI/SIMO —Master Output， Slave Input （output from master）

n MISO/SOMI —Master Input， Slave Output （output from slave）

n SS — Slave Select （active low; output from master）

有另一种命名方式也经常可见：

n SCK — Serial Clock （output from master）

n SDI， DI， SI — Serial Data In

n SDO， DO， SO — Serial Data Out

n nCS， CS， nSS， STE — Chip Select， Slave Transmit Enable （active low; output from master）

SPI通讯时Master首先需要配置一个时钟（clock），这个值一般选择小于或者大于Slave设备支持的频率。 通用的频率范围为1-70MHz。

SPI工作在全双工模式，这意味着数据可以在同一时间发送和接收。

时钟极性polarity与时钟相位phase

时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）用于设定从设备何时采样数据。CPOL决定SCLK为高时总线为空闲（CPOL=1）还是SCLK为低时总线为空闲（CPOL=0）。CPHA决定在SCLK的哪一个边沿将数据写入。

按照下面的时序图，

CPOL=0， SCLK为低时总线空闲：

CPHA=0 数据在SCLK的上升沿（rising edge）被读取；数据在下降沿（falling edge）写入；

CPHA=1 数据在SCLK的下降沿（falling edge）被读取；数据在上升沿（rising edge）写入；

CPOL=1， SCLK为高时总线空闲：

CPHA=0 数据在SCLK的下降沿（falling edge）被读取；数据在上升沿（falling edge）写入；

CPHA=1 数据在SCLK的上升沿（falling edge）被读取；数据在下降沿（rising edge）写入；

以下是时序图：

CPOL和CPHA的两个状态允许四种时钟极性和相位的不同组合。每一种都与其他三种不兼容。为了实现主、从设备间的通讯，主、从设备的CPOL和CPHA必须有相同的设置。以下是CPOL，CPHA与4种模式的关系图。

SPI的菊花链配置

一个Master 与3个独立的Slave组合， 每个Slave都有一个独立的SS（Slave Select）。

一个Master与一组使用公用SS（Slave Select）的Slave组合。

以AD7873为例做一些SPI的典型的设置

根据时序图，当CS变成低电平时，DCLK为低电平空闲，DIN在DCLK的上升沿数据锁存。所以SPI的polarity与phase设置为Mode 0。

Figure 38 -SPI设置为8bits通信模式，通信周期分为3个阶段：

1》 DCLK前8个DCLK对应指令周期。在这8个DCLK中，通过DIN向AD7873发送8bits命令字控制随后进行的串行数据传输。

2》 数据传输周期从第9个上升沿开始，输入数据在时钟上升沿写入，输出的数据则在时钟的下降沿读出。这里的输入数据为8bits的0数据。DOUT同时也从DCLK的第10个上升沿开始数据输出，到第二个DCLK周期结束时，DOUT输出位数为7bits。

3》 重新开始8个DCLK的指令周期，继续通过DIN传送8bits命令控制字，同时DOUT在第17个DCLK输出最后的5bits数据。

可见在Figure 38中8bits数据通信模式下，AD7873要完成一个完整的SPI数据读写，需要3个周期，即发送24bits数据才能达到目标。

Figure 39 -SPI设置为15bits通信模式，通信周期分为2个阶段：

1》 DCLK前15个DCLK对应指令周期。在这15个DCLK中，通过DIN向AD7873发送15bits命令字控制随后进行的串行数据传输（MSB 8bits为命令字， LSB 7bits为数据0）。DOUT同时也从DCLK的第9个上升沿开始数据输出，第一次15 DLCK周期结束时，DOUT输出位数为MSB 6bits。

2》 重新开始15个DCLK的指令周期，继续通过DIN传送15bits命令控制字。同时DOUT在第16个DCLK输出最后的LSB 6bits数据。

可见在Figure 39中8bits数据通信模式下，AD7873要完成一个完整的SPI数据读写，需要2个周期，即发送30bits 数据才能达到目标。

可见Figure 38使用的DCLK最少，效率最高。不过再8bits传送模式下需要采用连续发送3次8bits数据方式。

如果SPI想在一个周期内一次性将数据读取上来，可以把SPI通信设置为 传送bits》= DIN+DOUT所需的时钟数目，这里根据时序图为22个DCLK。 就可以在22个DCLK中一次性完成写8bits的命令字与读12bits的数据了。不过这里的8bits命令字是22bits中的 MSB 8bits。

不过此方法就没有上面两种通信模式的效率高了。：-）

以Freescale i.mx系列CSPI作为例：

采用CSPI1，POL=0，PHA=0，BIT_COUNT=22

CSPI1_CONTROL.bits.EN=1

CSPI1_CONTROL.bits.MODE=1

CSPI1_CONTROL.bits.POL = 0

CSPI1_CONTROL.bits.PHA = 0

CSPI1_CONTROL.bits.BIT_COUNT= 22