SPI总线
SPI(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)是一种高速、全双工、同步、串行通信总线,3~4线接口,以主从模式工作,收发独立,可以实现多个SPI设备互相连接。
提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master),其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。
SPI总线由三条信号线组成,分别是SCLK(串行时钟)、SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)。当有多个从设备时,还可以增加一条从设备选择线,CS是控制芯片是否被选中的,这样就可以实现在同一总线上多个SPI设备互相连接。
如果用GPIO口模拟SPI总线,必须要有一个输出口(SDO),一个输入口(SDI),另一个口则视实现的设备类型而定,如果要实现主从设备,则需输入输出口,若只实现主设备,则需输出口即可,若只实现从设备,则只需输入口即可。
SDI – 主设备数据输入,从设备数据输出;
SDO – 主设备数据输出,从设备数据输入;
SCLK – 时钟信号,由主设备产生;
CS – 从设备使能信号,由主设备控制。
SPI 是一种允许一个主设备启动一个与从设备同步通讯的协议,从而完成数据的交换。SPI是串行协议,也就是说数据是一位一位传输的,这就是SCLK时钟线存在的原因,由SCLK提供时钟脉冲,SDI、SDO则基于此脉冲完成数据传输。
数据输出通过 SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。
这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。
这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而SPI允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为SCLK时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。
SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。不同SPI设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。
最后,SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。在多个从设备的系统中,每个从设备需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。