SPI通信协议（SPI总线）学习

1、什么是SPI？

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一

种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

2、SPI优点

支持全双工通信

通信简单

数据传输速率块

3、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，所以跟IIC总线协议比较在数据

可靠性上有一定的缺陷。

4、特点

1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式

2）：主从机通信模式

5、协议通信时序详解

1）：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多

个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共

有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。

(1)SDO/MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入;

(2)SDI/MISO – 主设备数据输入，从设备数据输出;

(3)SCLK – 时钟信号，由主设备产生;

(4)CS/SS – 从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设

备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需

要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。t0181644f679005670e

2）：需要说明的是，我们SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配

置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们

可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来

控制我们主设备的通信模式，具体如下：

Mode0：CPOL=0，CPHA=0

Mode1：CPOL=0，CPHA=1

Mode2：CPOL=1，CPHA=0

Mode3：CPOL=1，CPHA=1

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA

是用来配置数据采样是在第几个边沿：

CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时

CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时

CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿

CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿

例如：

CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是

SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。

CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据发送是在第1个边沿，也就是

SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是

SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。

CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第1个边沿，也就是

SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。

t01c0ca0d1bc50c7ac7t01d45d97e873fc0cc3

需要注意的是：我们的主设备能够控制时钟，因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信

那样有专门的通信周期，有专门的通信起始信号，有专门的通信结束信号；所以我们的

SPI协议能够通过控制时钟信号线，当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是

保持高电平要么是保持低电平。

6、内部工作机制t01acf2398d6d35bd4f

SSPSR 是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register). 它的主要作用是根据 SPI

时钟信号状态, 往 SSPBUF 里移入或者移出数据, 每次移动的数据大小由 Bus-Width 以

及 Channel-Width 所决定.

最后，再附上用IO口来模拟的四种SPI模式程序，仅作参考理解用，还要根据实际情况改写，如下：

//表示相关引脚高低电平，要根据实际引脚修改。

SSEL_D(0) SSEL_D(1) //片选

SCK_D(0) SCK_D(1) //时钟信号

MOSI_D(0) MOSI_D(1) //SDO

MISO_I(0) MISO_I(1) //SDI

#define _CPOL 1 //时钟极性

#define _CPHA 0 //时钟相位

//延时子程序

void delay()

{

unsigned char m,n;

for(n=0;n<5;n++);

for(m=0;m<100;m++);

}

/**********************************************

模式零 写数据

***********************************************/

#if _CPOL==0&&_CPHA==0 //MODE 0 0

void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)

{

unsigned char n;

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(0);

if(dat&0x80)MOSI_D(1);

else MOSI_D(0);

dat<<=1;

SCK_D(1);

}

SCK_D(0);

}

/*********************************************

模式零 读数据

*********************************************/

unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)

{

unsigned char n ,dat,bit_t;

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(0);

dat<<=1;

if(MISO_I())dat|=0x01;

else dat&=0xfe;

SCK_D(1);

}

SCK_D(0);

return dat;

}

#endif

/*********************************************

模式一 写数据

*********************************************/

#if _CPOL==0&&_CPHA==1 //MODE 0 1

void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)

{

unsigned char n;

SCK_D(0);

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(1);

if(dat&0x80)MOSI_D(1);

else MOSI_D(0);

dat<<=1;

SCK_D(0);

}

}

/*********************************************

模式一 读数据

*********************************************/

unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)

{

unsigned char n ,dat,bit_t;

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(1);

dat<<=1;

if(MISO_I())dat|=0x01;

else dat&=0xfe;

SCK_D(0);

}

SCK_D(0);

return dat;

}

#endif

/**********************************************

模式二 写数据

***********************************************/

#if _CPOL==1&&_CPHA==0 //MODE 1 0

void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)

{

unsigned char n;

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(1);

if(dat&0x80)MOSI_D(1);

else MOSI_D(0);

dat<<=1;

SCK_D(0);

}

SCK_D(1);

}

/*********************************************

模式二 读数据

*********************************************/

unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)

{

unsigned char n ,dat,bit_t;

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(1);

dat<<=1;

if(MISO_I())dat|=0x01;

else dat&=0xfe;

SCK_D(0);

}

SCK_D(1);

return dat;

}

#endif

/**********************************************

模式三 写数据

***********************************************/

#if _CPOL==1&&_CPHA==1 //MODE 1 1

void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)

{

unsigned char n;

SCK_D(1);

for(n=0;n<8;n++)

{

SCK_D(0);

if(dat&0x80)MOSI_D(1);

else MOSI_D(0);

dat<<=1;

SCK_D(1);

}

}

/************************************

模式三 读数据

************************************/

unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)

{

unsigned char n ,dat,bit_t;

SCK_D(0);

for(n=0;n<8;n++)

{ SCK_D(0);

dat<<=1;

if(MISO_I())dat|=0x01;

else dat&=0xfe;

SCK_D(1);

}

SCK_D(1);

return dat;

}

#endif

void main()

{

SPI_Init();

DDRB = 0XFF;

//#if _CPOL

//SCK_D(0);

//#endif

while(1)

{

//SSEL_D(0);

//SPI_Send_Dat(0x01);

//SPI_Send_Dat(0x31);

//SSEL_D(1);

SSEL_D(0);

SPI_Send_Dat(0x81);

PORTB =SPI_Receiver_Dat();

SSEL_D(1);

//delay();

}

}