有人问了一个问题:“SPI支持像I2C那样的一主多从吗?”
答案是肯定的。
虽然在平常的应用中,SPI通常是一主一从的使用方式,但它也支持像I2C那样的一主多从的通信方式。不过,为了实现这种通信方式,需要增加硬件连接线和相应的通信协议等。
SPI简介
SPI(Serial Peripheral Interface)是一种串行外设接口。
SPI最早由摩托罗拉于1985年左右开发,用于短距离设备之间的同步串行通信。
自那时以来,SPI接口已成为许多半导体制造商,尤其是微控制器(MCU)和微处理器(MPU)广泛采用的标准接口。
SPI接口
SPI总线是一种4线总线,通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以。
MOSI:Master Output Slave Input,主设备数据输出,从设备数据输入;
MISO:Master Input Slave Output,主设备数据输入,从设备数据输出;
SCLK:Serial Clock,时钟信号,由主设备产生;
SS:Slave Select,从设备选择信号,由主设备控制;
上面的SS信号,也可以理解为CS信号,一般是低电平有效,所以也是NSS(非)信号;
CS:Chip Select,片选信号(从设备使能/选择信号),由主设备控制;
一主一从
最基本的SPI通信就是一主一从,比如:一个STM32作为主机,一个W25Q16(SPI Flash)作为从机。还有两个MCU之间进行SPI通信等。
上图例子是主机发送一个字节数据(0x53),从机应答一个字节数据(0x46)。
一主多从
SPI可以一主一从(一个主机,一个从机),但也可以一主多从。一主多从常见有两种连接方式。
A.常规
通常,每个从机都需要一条单独的SS线,要与指定的从机通信,将该从机的SS线设为低电平,并将其余的保持为高电平即可。
B.一条SS信号
某些应用只需要一条NSS即可(比如:移位寄存器),对于这种布局,数据从一个从设备移位到另一个从设备。
SPI数据传输
SPI的通信比较简单,一个时钟传输一位数据(主机 -> 从机,或者从机 -> 主机)。
SPI时钟
理论上SPI的时钟频率可以做到很大,一般几MHz~几百MHz,拿常见的W25Q16来说,SPI最高支持80MHz。
SPI通信速率要结合实际情况,不能超过主机或从机支持的最大时钟频率。
SPI数据
SPI的数据分两个方向:
MOSI:****主机 -> 从机
MISO:****从机 -> 主机
SPI通信有一个“缺点”:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
可以理解为:不知道是什么时候主机发给从机,什么时候从机发给主机,到底该发多少字节数据等。
此时,需要通信的主机和从机达成约定,一般由主机进行控制读写的操作。
比如下面这个读写SPI Flash数据的操作:
前面1字节是指令,紧接着再3字节(24位)地址,都是由主机发送给从机。之后,主机读取数据(由从机发送出来)。
时钟极性和相位
除了设置时钟频率外,主机还必须配置与数据有关的时钟极性和相位。
CPOL确定时钟的极性,极性可以通过简单的逆变器进行转换。
CPHA确定相对于时钟脉冲的数据位的时序(即相位)。
一般集成有SPI外设的处理器,都有SPI相关的配置寄存器,拿STM32来说,参考手册里面有详细介绍SPI配置的信息。
建议大家结合时序图理解,不要死记硬背。
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