序列周边接口学术资讯 - 科技工作者之家

序列周边接口，又叫串行外设接口（Serial Peripheral Interface Bus，SPI）1，是一种用于短程通信的同步串行通信接口规范，主要应用于单片机系统中。类似I²C。

简介这种接口首先被Motorola（摩托罗拉）公司开发，然后发展成了一种行业规范。典型应用包含SD卡和液晶显示器。 SPI设备之间使用全双工模式通信，包含一个主机和一个或多个从机。主机产生待读或待写的帧数据，多个从机通过一个片选线路决定哪个来响应主机的请求。有时SPI接口被称作四线程接口，SPI准确来讲称为同步串行接口，但是与同步串行接口协议（SSI）不同，SSI是一个四线程同步通信协议，但是使用差分信号输入同时仅提供一个单工通信信道。

接口SPI总线规定了4个保留逻辑信号接口：

SCLK（Serial Clock）：串列时脉，由主机发出

MOSI（Master Output,Slave Input）：主机输出从机输入信号，由主机发出

MISO（Master Input,Slave Output）：主机输入从机输出信号，由从机发出

SS（Slave Selected）：选择信号，由主机发出，一般是低电位有效

尽管上面的引脚名称是最常用的，但在过去，有时会使用其他引脚命名约定，因此旧IC产品的SPI端口引脚名称可能有所不同。

操作SPI总线可以在有单个主设备与一个或多个从设备的情况下运行。

如果使用单个从设备，则如果从设备允许，SS引脚可以固定为逻辑低电平。一些从设备需要片选信号的下降沿来启动一个动作。 Maxim MAX1242 ADC就是一个例子，它在高→低转换时开始转换。对于多个从设备，每个从设备都需要一个独立的SS信号。

大多数从属设备具有三态输出的特性，所以当器件未被选中时，它们的MISO信号变为高阻抗（逻辑断开）。没有三态输出的器件不能与其他器件共享SPI总线段; 只有一个这样的从设备可以与主设备交换信息。

数据传输为了开始通信，总线上的主设备需要使用从设备支持的频率来配置时钟，通常是几个MHz。然后主设备将某根连接到从设备SS的线上的信号置为0来选中这个从设备。如果需要等待一段时间（例如进行模数转换），主器件在发出时钟周期之前必须至少等待这段时间。

在每个SPI时钟周期内，都会发生全双工数据传输。主设备在MOSI线上发送一个位，从设备读取它，同时从机在MISO线上发送一位数据，主机读取它。即使只有单向数据传输的目的，工作方式仍然是双工的。

传输通常会使用到给定字长的两个移位寄存器，一个在主设备中，一个在从设备中; 它们以虚拟环形拓扑连接。数据通常先移出最大的位。在时钟边沿，主机和从机均移出一位，然后在传输线上输出给对方。在下一个时钟沿，每个接收器都从传输线接受该位，并设置为移位寄存器的新的最低有效位。在完成这样一个移出-移入的周期后，主机和从机就交换寄存器中的一位。如果需要更多的数据交换，则需要重新加载移位寄存器并重复该过程。传输可能会持续任意数量的时钟周期。完成后，主设备会停止切换时钟信号，并通常会取消选择从设备。

传输寄存器通常包含8位。但是，其他字长也很常见，例如，用于触摸屏控制器或音频编解码器的16位（如德州仪器的TSC2101），或者用于许多数字-模拟或模拟-数字转换的12位。

未使用片选线激活的总线上的每个从设备必须忽略输入时钟和MOSI信号，并且不得驱动MISO。

独立的从设备配置在独立的从设备配置中，每个从设备都有独立的芯片选择线。强烈建议在每个独立器件上使用电源和片选线之间使用上拉电阻，以减少器件之间的串扰。这是SPI通常被使用的方式。由于从机的MISO引脚连接在一起，因此它们需要为三态引脚（高，低或高阻抗）。

中断SPI从设备有时会使用另一条信号线将中断信号发送到主设备的CPU。例子包括来自触摸屏传感器的笔下中断，来自温度传感器的热限制警报，实时时钟芯片发出的警报， SDIO以及来自手机中声音编解码器的耳机插孔插入。 SPI标准中并不包括中断。中断的使用既不被禁止也不被标准规定。

SPI代码示例/* * 通过SPI协议在主设备和从设备之间交换一个字节的数据 * * Polarity and phase are assumed to be both 0, i.e.: * - 输入数据在SCLK的上升沿捕获。 * - 输出数据在SCLK的下降沿传播。 * * 返回接收到的一字节的数据 */uint8_t SPI_transfer_byte(uint8_t byte_out){ uint8_t byte_in = 0; uint8_t bit; for (bit = 0x80; bit; bit >>= 1) { /* Shift-out a bit to the MOSI line */ write_MOSI((byte_out & bit) ? HIGH : LOW); /* Delay for at least the peer's setup time */ delay(SPI_SCLK_LOW_TIME); /* Pull the clock line high */ write_SCLK(HIGH); /* Shift-in a bit from the MISO line */ if (read_MISO() == HIGH) byte_in |= bit; /* Delay for at least the peer's hold time */ delay(SPI_SCLK_HIGH_TIME); /* Pull the clock line low */ write_SCLK(LOW); } return byte_in;}优点和缺点优点SPI协议默认是全双工通信。

推挽式驱动器（与开路漏极相反）可提供良好的信号完整性和高速度

比I²C或SMBus更高的吞吐量。不限于任何最大时钟速度，可实现高速运行

完整的传输位协议灵活性

不限于8位字

消息大小，内容和目的的任意选择

非常简单的硬件接口

由于电路较少（包括上拉电阻），因此通常比I²C或SMBus的功耗要低，

没有仲裁或相关的失败模式

从设备直接使用主时钟，不需要精密振荡器

从站不需要一个确定的地址 - 不像I²C或GPIB或SCSI

不需要收发器

IC封装只使用四个引脚，而电路板布局或连接器则少于并行接口