串行外设接口

同步外设接口

串行外设接口(Serial Peripheral Interface)是一种同步外设接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设备包括Flash RAM,网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。

发展

串行外设接口总线(SPI)最早由Motorola首先提出的全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式(Master—Slave)架构，支持一个或多个Slave设备，首先出现在其M68系列单片机中，由于其简单实用、性能优异，又不牵涉到专利问题，因此许多厂家的设备都支持该接口，广泛应用于MCU和外设模块如E2PROM、ADC、显示驱动器等的连接。需要注意的是，SPI接口是一种事实标准，大部分厂家都是参照Motorola的SPI接口定义来设计的，并在此基础上衍生出多种变种，因此，不同厂家产品的SPI接口在使用上可能存在一定差别，有的甚至无法直接互连(需要软件进行必要的修改)，在实际中需仔细阅读厂家文档确认。

原理

利用SPI可以在软件的控制下构成各种系统。如一个主控制器和几个从控制器、几个从控制器相互连接构成多主机系统(分布式系统)、一个主控制器和一个或几个从I/O设备所构成的各种系统等。在大多数应用场合，可以使用一个主控制器作为主控机来控制数据，并向一个或几个从外围器件传送该数据。从器件只有在主控机发命令时才能接收或发送数据，其数据的传输格式是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。单主系统只有一台主控制器，其他均为从控制器。

组成结构

SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件接口，它只需4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)和低电平有效的从机选择线(NSS)。

(1)MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。

(2)MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。

(3)SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入。

(4)NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为片选引脚，让主设备可以单独地与特定从设备通信，避免数据线上的冲突。

SPI是一个环形总线结构，由NSS、SCK、MISO、MOSI构成，NSS引脚设置为输入，MOSI引脚相互连接，MISO引脚相互连接，数据在主和从之间串行地传输(MSB位在前)。

工作方式

主动方式

SPI有主从两种工作方式。在主模式下，SPI为其他节点的SPICLK引脚提供串行时钟，数据从SPISIMO引脚输出，从SPISOMI引脚输入。主控制器写人数据到寄存器SPITXBUF便启动发送，数据从SPITXBUF传送到SPIDAT中再通过SPISIMO引脚发送出去，先发送最高位；同时，主控制器接收到的数据通过SPISOMI引脚移入寄存器SPIDAT的最低位。当选定数量的位数发送完时，整个数据发送完毕，紧接着接收完毕(通过SPISIMO引脚发送的SPIDAT的数据最高位每移出一位后就会从SPISOMI引脚移人一位到SPIDAT最低位)。首先将接收到的数据传送到寄存器SPIRXBUF，并进行右对齐，供CPU读取。

从动方式

在从动方式下，数据从SPISOMI引脚移出并由SPISIMO引脚移入。SPICLK引脚作为串行移位时钟的输入。

为了接收数据，串行外设接口等待网络主控制器送出的SPICLK信号，然后它将SPISIMO引脚上的数据移入到SPIDAT寄存器。如果从控制器同时也发送数据，则必须在SPICLK信号开始之前把数据写入到SPIRXBUF或SPIDAT寄存器中。

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