我一直以為SPI比IIC難的，因為可能是因為使用了比較“重型”的傳感器才會搭配這個接口。

但是今天用FPGA寫了一個簡單的移位寄存器，感覺不一樣，甚至是不對勁。

移位寄存器按照移位方向可分為左移位寄存器、右移位寄存器、雙向移位寄存器。

這個圖記住，菊花鏈也跑不了

這個是STM32F103的主從設(shè)備的示意

MOSI腳相互連接，MISO腳相互連接。這樣，數(shù)據(jù)在主和從之間串行地傳輸(MSB位在前)。通信總是由主設(shè)備發(fā)起。主設(shè)備通過MOSI腳把數(shù)據(jù)發(fā)送給從設(shè)備，從設(shè)備通過MISO引腳回傳數(shù)據(jù)。這意味全雙工通信的數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)輸入是用同一個時鐘信號同步的；時鐘信號由主設(shè)備通過SCK腳提供。

其實最近一段時間我頻繁在機器人系統(tǒng)里面，比如FPGA和ARM的控制核之間，發(fā)現(xiàn)它們之間的交互都是使用SPI。也就是說設(shè)計人員需要具有簡單的設(shè)備到設(shè)備數(shù)字接口的微控制器、外設(shè)和傳感器，以便可以高速處理任意長度的數(shù)據(jù)，并且省去與協(xié)議相關(guān)的復(fù)雜編程任務(wù)。

基本SPI全雙工連接使用兩條數(shù)據(jù)線（MOSI、MISO）、一條時鐘線 (SCK) 和一條片選線 (CS)。從設(shè)備上的MOSI有時標記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入 (SDI)。MISO可標記為從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出 (SDO)。

兩種處理多個從設(shè)備連接的配置。直接連接方式下每個從設(shè)備需要一個片選信號。菊花鏈連接方式僅使用一個片選信號，并將所有數(shù)據(jù)集中在一條線上。

主要看箭頭，多個從機

菊花鏈

在菊花鏈模式下，所有從機的片選信號連接在一起，數(shù)據(jù)從一個 從機傳播到下一個從機。在此配置中，所有從機同時接收同一SPI 時鐘。

來自主機的數(shù)據(jù)直接送到第一個從機，該從機將數(shù)據(jù)提供 給下一個從機，依此類推。使用該方法時，由于數(shù)據(jù)是從一個從機傳播到下一個從機，所以 傳輸數(shù)據(jù)所需的時鐘周期數(shù)與菊花鏈中的從機位置成比例。

在圖所示的8位系統(tǒng)中，為使第3個從機能夠獲得數(shù)據(jù)，需要24個 時鐘脈沖，而常規(guī)SPI模式下只需8個時鐘脈沖。

一般Master設(shè)備就是我們的MCU，Master 設(shè)備會根據(jù)將要交換的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生相應(yīng)的時鐘脈沖(Clock Pulse)，時鐘脈沖組成了時鐘信號(Clock Signal) ，時鐘信號通過時鐘極性 (CPOL) 和 時鐘相位 (CPHA) 控制著兩個 SPI 設(shè)備間何時數(shù)據(jù)交換以及何時對接收到的數(shù)據(jù)進行采樣，來保證數(shù)據(jù)在兩個設(shè)備之間是同步傳輸?shù)摹?/p>

SPI 設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸之所以又被稱為數(shù)據(jù)交換，是因為 SPI 協(xié)議規(guī)定一個 SPI 設(shè)備不能在數(shù)據(jù)通信過程中僅僅只充當(dāng)一個 "發(fā)送者(Transmitter)" 或者 "接收者(Receiver)"。

在每個 Clock 周期內(nèi)，SPI 設(shè)備都會發(fā)送并接收一個 bit 大小的數(shù)據(jù)(不管主設(shè)備好還是從設(shè)備)，相當(dāng)于該設(shè)備有一個 bit 大小的數(shù)據(jù)被交換了。一個 Slave 設(shè)備要想能夠接收到 Master 發(fā)過來的控制信號，必須在此之前能夠被 Master 設(shè)備進行訪問 (Access)。所以，Master 設(shè)備必須首先通過 SS/CS pin 對 Slave 設(shè)備進行片選, 把想要訪問的 Slave 設(shè)備選上。

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，每次接收到的數(shù)據(jù)必須在下一次數(shù)據(jù)傳輸之前被采樣。如果之前接收到的數(shù)據(jù)沒有被讀取，那么這些已經(jīng)接收完成的數(shù)據(jù)將有可能會被丟棄，導(dǎo)致 SPI 物理模塊最終失效。

因此，在程序中一般都會在 SPI 傳輸完數(shù)據(jù)后，去讀取 SPI 設(shè)備里的數(shù)據(jù), 即使這些數(shù)據(jù)(Dummy Data)在我們的程序里是無用的(雖然發(fā)送后緊接著的讀取是無意義的，但仍然需要從寄存器中讀出來)。

在SPI通信期間，數(shù)據(jù)的發(fā)送（串行移出到MOSI/SDO總線上）和接收（采樣或讀入總線(MISO/ SDI)上的數(shù)據(jù)）同時進行。

所以捏SPI沒有讀和寫的說法，因為實質(zhì)上每次SPI是主從設(shè)備在交換數(shù)據(jù)。也就是說，你發(fā)一個數(shù)據(jù)必然會收到一個數(shù)據(jù)；你要收一個數(shù)據(jù)必須也要先發(fā)一個數(shù)據(jù)。

就像IIC一樣，SPI也是需要找到誰在通訊的，比較費引腳，必須有一個片選的腳。來自主機的片選信號用于選擇從機。這通常是一個低電平有效信號，拉高時從機與SPI總線斷開連接。當(dāng)使用多個從機時，主機需要為每個從機提供單獨的片選信號。

要開始SPI通信，主機必須發(fā)送時鐘信號，并通過使能CS信號選擇從機。片選通常是低電平有效信號。

因此，主機必須在該信號上發(fā)送邏輯0以選擇從機。SPI是全雙工接口，主機和從機可以分別 通過MOSI和MISO線路同時發(fā)送數(shù)據(jù)。

在SPI中，主機可以選擇時鐘極性和時鐘相位。

在空閑狀態(tài)期間，CPOL位設(shè)置時鐘信號的極性?？臻e狀態(tài)是指傳輸開始時CS為 高電平且在向低電平轉(zhuǎn)變的期間，以及傳輸結(jié)束時CS為低電平且 在向高電平轉(zhuǎn)變的期間。

CPHA位選擇時鐘相位。根據(jù)CPHA位的狀態(tài)，使用時鐘上升沿或下降沿來采樣和/或移位數(shù)據(jù)。主機必須根據(jù)從機的要求選擇時鐘極性和時鐘相位。根據(jù)CPOL和CPHA位的選擇，有四種SPI模式可用。

數(shù)據(jù)顯示在MOSI和MISO線上。傳輸?shù)拈_始和結(jié)束用綠色虛線表示，采樣邊沿用橙色虛線表示，移位邊沿用藍色虛線表示。

SPI模式0，CPOL = 0，CPHA = 0：CLK空閑狀態(tài) = 低電平，數(shù)據(jù)在上升沿采樣，并在下降沿移出。

一采樣，一移位。

由主設(shè)備控制并生成時鐘。時鐘的兩個屬性分別是時鐘極性 (CPOL) 和時鐘相位 (CPHA)。這些屬性控制從設(shè)備相對數(shù)據(jù)進行計時的有效時鐘邊沿。CPOL = 0時，將時鐘設(shè)為在邏輯0位置空閑。CPOL = 1時，時鐘在邏輯1位置空閑。CPHA = 0時，數(shù)據(jù)在上升沿計時，CPHA = 1時，數(shù)據(jù)在下降沿計時（圖3）。

SPI時鐘模式選擇確定了進行數(shù)據(jù)采樣的有效時鐘邊沿。

主設(shè)備中的CPOL和CPHA線路設(shè)置決定了時鐘極性以及進行數(shù)據(jù)計時的有效邊沿。模式1是最常用的模式，但設(shè)計人員同樣可以使用其他三種模式。

上面的軌跡是數(shù)據(jù)線，中間的軌跡是時鐘，底部的軌跡是片選信號。數(shù)據(jù)軌跡上的藍色覆蓋區(qū)顯示的是十六進制解碼內(nèi)容。

讓我來帶你看個MC的芯片手冊，看看不一樣的SPI。

一個SPI的溫度計

別問咋搞，直接街上

很多的時候，我們是使用傳感器直接寫，但是在機器人里面我們需要自己寫一個傳輸?shù)膮f(xié)議，這個是后話。

我們先看一個電氣層的參數(shù)。

首先建立這些的時間都是ns級別，怎么說呢，俺說不明白。

說說這些東西的意思，我覺得是滿足不同人的需求，比如我現(xiàn)在就拿出一塊51，我就能輸出個高低電平，你能咋。

所以這些寫模擬協(xié)議的時候就有用，因為對于器件來說，我才不管什么東西插了我，反正說的通就行。

片選 （Chip Enable， CE） 、串行時鐘 （Serial Clock， SCK） 、串行數(shù)據(jù)輸入 （Serial Data Input，SDI）以及串行數(shù)據(jù)輸出（Serial Data Output， SDO ）信號線。

CE 輸入用于在有多個器件連接到串行時鐘和數(shù)據(jù)線時選擇器件。CE 為高電平有效，當(dāng) CE 等于邏輯高電平時，數(shù)據(jù)可以寫入器件或從器件讀出。CE 為低電平 時， SCK 輸入被禁止。

抬高的時候，就是到我啦！

CE 線的上升沿啟動讀或?qū)懖僮?，?CE 的下降沿結(jié)束讀或?qū)懖僮鳌?/p>

SCK 輸入由外部單片機提供，用于同步 SDI 和 SDO 線 的數(shù)據(jù)。

SDI 輸入向傳感器的控制寄存器寫入數(shù)據(jù)，而 SDO從溫度寄存器中輸出溫度數(shù)據(jù)和控制寄存器關(guān)斷位的狀態(tài)。

傳感器具有能在 SCK輸入信號為有效高電平或低電平時工作的能力。當(dāng) CE 信號變成高電平時，檢測到 SCK 的 無效狀態(tài)，而時鐘輸入 （CP）的極性決定數(shù)據(jù)是在系統(tǒng)時鐘的上升沿或下降沿移入或移出。

給出了用于傳送數(shù)據(jù)到寄存器和從寄存器移出數(shù) 據(jù)的相應(yīng)時鐘邊沿。每個時鐘脈沖傳送一位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)位以 8 位為一組傳送。

A就是地址

先發(fā)送地址字節(jié)，隨后為數(shù)據(jù)。地址的最高位 A7 決定 要進行讀操作還是寫操作。

如果 A7 =“0”，將進行一個或多個讀操作；否則 A7 = “1”，進行一個或多個寫操作。

地址+L+M

數(shù)據(jù)可以采用單字節(jié)或多字節(jié)包的方式進行傳送，如圖所示。在 3 字節(jié)包中，數(shù)據(jù)序列包括溫度數(shù)據(jù)的 MSb、溫度數(shù)據(jù)的 LSb 和緊接著的控制寄存器數(shù)據(jù)。通 過向寄存器寫入所需數(shù)據(jù)包的最高地址來啟動多字節(jié)讀功能。

這段有問題，我明天改正。

審核編輯：湯梓紅