SPI通信方式总结

        SPI（Serial Peripheral interface）是一种同步串行传输规范，也是单片机外设芯片串行外设扩展接口，该接口是一种高速，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上占用4根线。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
        SPI由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI接口由MOSI（串行数据输出），MISO（串行数据输入），SCLK（串行移位时钟），/SS（从设备使能信号），四种信号构成。
        MOSI（串行数据输出），MISO（串行数据输入），SCL（串行移位时钟）都是公用的，只有SS（从设备使能信号）不是公用的，每增加一个从设备，那么就要增加一个SS使能信号，从而实现寻址的功能，当你的引脚不够用的时候，最好使用IIC（只有两根线）。

引脚功能介绍：

MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
SCLK：时钟信号，由主设备产生
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，每个从设备都有一个片选接入到主设备机中，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。当我们的主设备和某个从设备通信时，需要将从设备对应的片选信号拉低或拉高。

时钟
        时钟信号将主机的数据位输出与从器件的位采样同步。每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度由时钟信号的频率决定。SPI通信始终由主站启动，因为主机配置并生成时钟信号。

        设备共享时钟信号的任何通信协议都称为同步。SPI 是一种同步通信协议。还有一些不使用时钟信号的异步方法。例如，在UART通信中，双方都设置为预配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时间。

        SPI中的时钟信号可以使用时钟极性和时钟相位属性进行修改。这两个属性协同工作，以定义何时输出位以及何时对位进行采样。时钟极性可由主器件设置，以允许在时钟周期的上升沿或下降沿输出和采样位。时钟相位可以设置为在时钟周期的第一边沿或第二边沿上进行输出和采样，无论它是上升还是下降。

        在SPI中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。CPOL 位设置空闲状态期间时钟信号的极性。空闲状态定义为 CS 为高并在传输开始时转换为低电平的周期，以及当 CS 处于低电平并在传输结束时转换为高电平的周期。CPHA 位选择时钟相位。根据CPHA位，上升或下降时钟沿用于采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据 CPOL 和 CPHA 位选择，提供四种 SPI 模式。表中显示了四种SPI模式。

         下图展示了 SPI 的四种模式下的通信示例，在这些示例中，数据显示在 MOSI 和 MISO 线路上。传输的开始和结束由虚线绿色表示，采样边缘以橙色表示，移位边缘以蓝色表示。

模式0

在此模式下，时钟极性为 0，表示时钟信号的空闲状态为低电平。此模式下的时钟相位为 0，表示数据在上升沿（由橙色虚线显示）上采样，数据在时钟信号的下降沿（由蓝色虚线显示）上输出。

模式1

在此模式下，时钟极性为 0，表示时钟信号的空闲状态为低电平。此模式下的时钟相位为 1，表示数据在下降沿（由橙色虚线显示）上采样，数据在时钟信号的上升沿（由蓝色虚线显示）上输出。

 模式2

在此模式下，时钟极性为 0，表示时钟信号的空闲状态为高电平。此模式下的时钟相位为 1，表示数据在上升沿（由橙色虚线显示）上采样，数据在时钟信号的下降沿（由蓝色虚线显示）上输出。

 模式3

在此模式下，时钟极性为 0，表示时钟信号的空闲状态为高电平。此模式下的时钟相位为 1，表示数据在下降沿（由橙色虚线显示）上采样，数据在时钟信号的上升沿（由蓝色虚线显示）上移动。

        SPI可以设置为使用单个主机和单个从机工作，也可以设置由单个主机控制的多个从机。有两种方法可以将多个从机连接到主机。如果主机有多个从机选择引脚，则从机可以并联，如下所示：

        在常规模式下，需要从主机为每个从机选择单个芯片。一旦芯片选择信号被主机使能（拉低），MOSI/MISO线路上的时钟和数据就可用于所选子节点。如果启用了多个芯片选择信号，则MISO线路上的数据将损坏，因为主节点无法识别哪个子节点正在传输数据。

        从图中可以看出，随着子节点数量的增加，芯片从主节点中选择的线的数量也在增加。这可以迅速增加主机所需的输入和输出数量，并限制可以使用的从机数量。有不同的技术可用于增加常规模式下的从机数量;例如，使用多路复用器生成芯片选择信号。

菊花链方法

如果只有一个从机选择引脚可用，则从器件可以按菊花链形式排列，如下所示：

在菊花链模式下，从机的配置使得所有从机的芯片选择信号绑定在一起，数据从一个从机传播到下一个从机。在此配置中，所有子节点从机接收相同的SPI时钟。来自主机的数据直接连接到第一个从机，该从机向下一个从机提供数据，依此类推。

在这种方法中，当数据从一个从机传播到下一个从机时，传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成正比。例如，在图中，在8位系统中，需要24个时钟脉冲才能在3上使用数据。而第三个从机在常规SPI模式下只有8个时钟脉冲。图中展示了时钟周期和通过菊花链传播的数据。并非所有SPI器件都支持菊花链模式。

MOSI 和 MISO
主机通过MOSI线以串行方式逐位向从机发送数据。从机接收从MOSI引脚的主器件发送的数据。从主机发送到从机的数据通常以最高有效位优先发送。

从机还可以通过MISO线路串行将数据发送回主机。从从机发送回主机的数据通常首先以最低有效位发送。

SPI 数据传输的步骤
1、主机输出时钟信号：2、主机将 SS/CS 引脚切换到低电平状态，来激活从机：3、主机沿 MOSI 线路一次一位地将数据发送到从站。从机读取接收到的位：高位先读到4. 如果需要响应，从机沿MISO线一次一位地将数据返回给主机。主机在接收到位时读取：低位先读到

SPI 的优缺点
使用SPI有优点和缺点，在不同的通信协议之间进行选择，应根据项目的要求知道何时使用SPI：

优点
没有启动和停止位，因此数据可以连续流式传输而不会中断
没有像I2C那样复杂的从地址系统
数据传输速率高于 I2C（几乎是 I2C 的两倍）
独立的MISO和MOSI线，因此可以同时发送和接收数据
缺点
使用四根电线（I2C 和 UART 使用两根电线）
没有校验是否成功接收数据（I2C 具有此值）
没有像UART中的奇偶校验位那样的错误检查形式
仅允许单个主机