SPI总线协议

Question

如题所述

Answer 1

欢迎来到SPI协议系列文章的第一篇章，后续我们将深入探讨其他协议，如SPI、I2C、MIPI等，敬请期待更新。

本文将带您深入理解SPI原理，包括硬件配置、工作模式、信号线功能和控制信号，以及时钟极性/相位的运用，特别关注Mode 00的单/连续帧传输模式。

SPI全称为串行外设接口，它是一种主从设备间的通信协议，主要依赖于四根线：CS/SS、SCLK、SDO/MOSI和SDI/MISO。微控制器通常提供硬件支持，如SSPSR、SSPBUF和控制器，让SPI通信变得更加便捷。

时钟控制寄存器SSPCON和SSPSTAT中的CPOL和CKE等参数，决定SPI工作模式。例如，Mode 00（CPOL=0, CPHA=0）下，空闲时SCLK处于低电平，SS保持高电平。数据传输时，SS信号下降，主设备通过SCK上升沿传输数据，单帧传输结束后，SS信号回高，实现从设备的选择和释放。

Mode 00的一个显著特点是，从设备在数据传输期间其SS管脚被拉低，用于接收数据，而主设备则在每次传输前后拉高SS。SPI的模式01、10和11的流程如下：总线空闲时，时钟线对应低/高电平，SS高，MOSI/MISO保持高阻态。当传输开始，SS下降，主设备控制时钟，数据在SCK边缘传输，确保同步。

SPI协议的特点包括：串行通信、同步传输、明确的主从关系和数据交换。它的一大优点是同步时钟可以减少错误，不需要复杂的流控制，特别适合一对一连接的场景。相比之下，RS-232-C需要流控制，而SPI允许灵活的单位位传输和暂停，这在某些应用中显得更为高效。

流控制在SPI中起着至关重要的作用，它确保数据传输的准确性，防止数据丢失。当接收端缓冲区满时，发送端会自动暂停，直到接收端准备好接收新数据。

至于控制机制，SPI的寻址和数据传输过程有明确的划分，包括申请分配、寻址阶段、数据传输和结束。而在I2C协议中，多主设备的使用需要设备地址，且传输大小固定，没有冲突仲裁机制，与SPI有所不同。

SPI的应用场景广泛，如手机中的地磁、重力传感器、指纹识别和部分触控板，这些设备通过SPI进行高效的数据交换。随着技术的发展，SPI协议将继续在各种嵌入式系统中发挥重要作用。