SPI通信机制深入解析

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，只是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，如NRF24L01、VS1053、SD卡等等。

那么何为高速？串口是不是高速？串口的波特率一般是多少？

115200bps是吧，那么SPI的最高速率是10Mbps，比串口快多少？

115200bps就是115.2kbps对吧那么乘以10也就是1.152Mbps对吧？这样也就说明SPI的速度比串口快了差不多100倍的速度。

那么何为全双工呢？

全双工通信：发送数据的同时也可以接收数据，接收数据的同时也可以发送数据。而且通信的同时是可以同步的。

那么同步是什么意思呢？

同步：发送数据的同时，并且要发送数据给我。

假如有两个模块：

XX芯片给SPI Flash发送数据的同时，同时SPI Flash也要发送数据给我；

就像买卖关系一样，我给你钱的时候，你必须把东西给我。

并且同时在芯片上只需要占用四根线就可以达到10Mbps。（10Mbps是非常快的）

10Mbps也就是说在1秒内能传输多少字节？是不是要除以8？

那么SPI是总线关系，什么是总线？总线有什么用？ 其实就像路由器一样，可以连接很多电脑。

就是说XX芯片可以用四根线连接很多设备。

在平时对SPI的利用是非常广泛的，所以必须的懂，为什么要必须懂？我们可以想一想，我们使用的手机，照相机之类的设备是不是离不开SD卡？还有一些音频啊之类的都是利用SPI协议，所以不懂也得花时间把它弄明白。

SPI协议中有四根线，SCLK、MISO、MOSI、SS；

在SPI通信中分为两个角色，有SPI Msater和SPI Slave；什么意思呢？

SPI Msater：是主机（主机模式）

SPI Slave：是从机（从机模式）

在主机和从机当中有什么区别?

谁发起通信谁就是主机；发起通信的时候SCLK作为时钟线，它是由主机来发起的。

那么接下来说一下总共有四根线：

SCLK：串行时钟线；

MOSI：主机输出数据，从机接收数据；

MISO：主机接收数据，从机发送数据；

SS：我们一般称之为片选信号，也就是说只有这根线输出低电平信号的时候，才能开始工作。

接下来很多人会想为什么要有SS（片选信号）来连接两个设备呢？

其实最主要的就是它是一个总线的关系；

我们看一个图：

那么通过以上这张图，就能说明为什么要有SS（片选信号），主要是为了防止数据紊乱，所以要用片选引脚来控制是哪一个设备工作，在我们工作当中，只能有一个设备工作，也就是说SPI通信的时候只能控制一个设备工作，其他设备是不能工作的。

片选信号：用于控制从机设备，而同时这三根引脚只能有一根作为低电平，其他必须为高电平。因为工作的时候，只允许其中一个设备工作，其它设备是不能工作的。原因是为了防止数据出现紊乱的一个现象。

那么接下来就说一下同步通信与传输：

因为今天主要介绍的是SPI协议，是全双工（具有高速的优势），所以就先了解下全双工：

全双工通信：发送数据的同时可以接收数据；接收数据的同时可以发送数据。

半双工通信：发送数据的同时不可以接收数据；接收数据的同时不能发送数据。

SPI是一种全双工的通信方式；

再来了解下同步和异步的区别：

同步通信：发送数据的同时，必须接收数据；

异步通信：发送数据的同时，可以接收数据也可以不接收数据。

接下来画一个图来简单的了解下：

根据上面这张图来看，SCLK通信开始和结束必须是高电平；

假如单片机芯片发送给SPI Flash一个命令，然后读取一个字节。

对照上图来一起看下面的两段话：

XX芯片 发送的假如是：0xF4 （ 1 1 1 1  0 1 0 0 ）二进制数，因为它是串行通信，MSB（最高有效位优先的方式）。发送第一个Bit的时候先发送一个1，再发送一个1，一直重复8次发送完成。如上图；SPI的通信都是以字节传输的。

SPI Flash 同时要给XX芯片返回 假如返回：假如是0x74 ( 0 1 1 1  0 1 0 0 )二进制数， MBS（最高有效位优先的方式）。返回一个Bit 的时候先返回一个0，再返回一个1，一直重复8次。如上图；

注意：还有一点在通信开始的时候必须是由高到低；通信结束的时候必须是由低到高。

很多时候：

通信开始前SS（片选信号）引脚变为低电平，SPI Flash才工作；

通信结束后SS（片选信号）引脚变为高电平，SPI Flash不工作，同时腾出更多的机会给其他设备工作，不能独占它这一根引脚的低电平对吧。

最后要记住如果有人要问到MSB的话，要知道它和LSB是对应的；

MSB：高有效位优先

LSB：低有效位优先

附上扩展知识：

SPI相对IIC来说有优点也有缺点

优点：

IIC一次需要连续传输8位数据，而SPI允许一位一位的传输，还可以暂停，因为SCK是由我们主设备产生的，所以没有时钟跳变的时候，特别是不采集，或者说传输数据，也就是说主设备通过对SCK时钟线的控制可以完全的对通讯的控制，如果说我们是这个一对一通信，SPI还不需要进行寻址的操作，而且是全双工的通信，就变得非常的简单高效，在多设备的设备当中，每个设备都需要独立的使能，在硬件上看来就会比IIC稍微复杂一点，因为它每一个设备都有有一个独立的IO口进行使能的；

相当于SPI来说IIC的缺点：

没有指定的控制没有应答机制来确认它是否收到数据。

今天的SPI总结到此结束，我把它分享给大家，希望大家能够给些意见，哪里还有欠缺的地方多多指教。

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