1.SPI接口原理

串行外（wài）围设备接（jiē）口(Serial Peripheral Interface,SPI)，用来在微控制器和外围设备（bèi）芯（xīn）片之（zhī）间提供一个低成本（běn）、易使用的接口（kǒu）(SPI有时候也（yě）被称为4线接口（kǒu）)。这（zhè）种接口可以用来连接存（cún）储器(存储数据)、A/D转换器（qì）、D/A转换（huàn）器、实时时钟日历、LCD驱动器、传感器等等。

SPI主要使用四个信号：主机输出（chū）/从机输入（rù）(MOSI)、主机输入/从机输出(MISO)、串行SCLK或SCK、外设芯片(CS)。有些处理器有SPI接口专用的芯（xīn）片选择，称（chēng）为从机选择（zé）SS。

MOSI信号（hào）由主机产生，从机接（jiē）受。在有些芯片上，MOSI只被简单地标为串行（háng）输入(SI),或者（zhě）串行数据输入SDI。MISO信号由从（cóng）机产生，不过还是在主机的控制下产生的。在一些芯片（piàn）上，MISO有时被称为（wéi）串（chuàn）行输出（chū）(SO),或者（zhě）串行数据输（shū）出(SDO)。外设片（piàn）选信号通常只是由主（zhǔ）机的备用I/O引（yǐn）脚产生（shēng）。

与标准的串行接口接口不（bú）同，SPI是一个同步协议接口，所有的传输都参照一个共同的时钟，这个同步时钟信号由主机产生，接（jiē）收数（shù）据的外设使用时钟来对串行比（bǐ）特（tè）流的接受进行同步化（huà）。可以（yǐ）将多个具有（yǒu）SPI接口的（de）芯片（piàn）连到主（zhǔ）机的同一个（gè）SPI接口上，主机通过控制从（cóng）设（shè）备（bèi）的片选输入引脚来选（xuǎn）择接受数据的（de）从设备。

2.SPI传输过程

主机和外设都包（bāo）含（hán）一个串行移位（wèi）寄存器，主（zhǔ）机通（tōng）过（guò）它的SPI串行寄（jì）存器（qì）写入一（yī）个字节（jiē）来发起一次传输。寄存器是通过MOSI信（xìn）号线将字节传送给外设，外设也将自己的（de）移（yí）位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这（zhè）样（yàng），两（liǎng）个移位（wèi）寄存器（qì）中（zhōng）的内容就被交换了。外（wài）设的写操作和（hé）读操作是同步完成（chéng）的，因此SPI成为一个很（hěn）有效的协议。

如果只（zhī）是进行写操（cāo）作（zuò），主机只（zhī）需忽略收到的字节;反过来，如（rú）果主机要（yào）读取（qǔ）外设的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

当主机发送一个连续的数据流时（shí），有些外（wài）设能够进行（háng）多字节传输。许多拥有SPI接口的存储（chǔ）器（qì）芯片（piàn）都（dōu）以这种方式（shì）工作。在这种（zhǒng）传输方式下（xià），SPI外设的芯片选择（zé）端（duān）必须在整个传（chuán）输过程中保持低电平。比如，存储（chǔ）器芯片会（huì）希望（wàng）在一个“写“命（mìng）令之（zhī）后紧接（jiē）着收到（dào）的是四个地址（zhǐ）字（zì）节(起始地址（zhǐ）)，这样，后面接受到的数据就可以存储到该地址。一次（cì）传输可能（néng）会涉及千（qiān）字节（jiē）的（de）移（yí）位或更多信息。

其他外（wài）设只需要一个单字节(比如一个发给A/D转换器的命令)，有（yǒu）些甚至还（hái）支持菊花链（liàn）连接，菊花链连接三台SPI设备，如（rú）下图：

主机处理器从其（qí）SPI接口发送三个字（zì）节（jiē）的（de）数据。第一个字节发送给外设A，当（dāng）第二个（gè）字节发送给（gěi）外（wài）设A的时候，第一（yī）个字节（jiē）已（yǐ）移出了A，而传送给了B。同样，主机（jī）想要从（cóng）外设A读取（qǔ）一个结果（guǒ），它必须再发（fā）送一个3字节(空字节)的序列（liè），这样就可以把（bǎ）A中的（de）数据移（yí）到B中，然后再移到C中，最后送回到主机。在这个过程（chéng）中，主机还依次从B和C接受到字节。

注意，菊（jú）花链连（lián）接不一定适用于所有的（de）SPI设备，特别是要求多字节传输的设备(比如（rú）存储器芯（xīn）片)，有的外设芯（xīn）片也不支（zhī）持菊花链连接（jiē）。

根（gēn）据时钟（zhōng）极（jí）性和（hé）时钟相位的（de）不同，SPI有四（sì）个工作模式（shì）：

时钟极（jí）性（xìng）CPOL有高、低两极;时钟极性为低（dī）电平时，空闲时时（shí）钟(SCK)处于低（dī）电平，传输时跳到高电平;时钟极性为高电平时，空闲时时钟处于高电平，传输时跳到低电平。

时钟（zhōng）相位CPHA有两个：时钟相位0和时钟相位1。当（dāng）时（shí）钟相位为（wéi）0时，时钟周期的前（qián）一边缘采集（jí）数（shù）据;当时（shí）钟相位为1时，时钟周期的（de）后（hòu）一边缘采集数据。