合宙Air系列模块外部总线接口常见用法-SPI总线，上

目前合宙Air系列模块外部可用的通用总线接口基本上有UART，I2C，SPI这三种，下面我将结合有限的知识，对这三种总线进行一一介绍，并结合常用外部器件对总线进行实测。今天首先从SPI总线开始，

## 1）SPI总线简介

SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface",意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI接口是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件,分为三线式和四线式通讯，其中Air系列物联网模块主要支持4线式，其接口定义如下：

（1）接口名：MOSI 模块引脚：SPI_DOUT – 模块输出,从器件数据输入

（2）接口名：MISO 模块引脚：SPI_IN   – 模块输入,从器件数据输出

（3）接口名：SCLK 模块引脚：SPI_CLK    – 时钟信号,由主器件产生

（4）接口名：/SS 模块引脚：CS          – 从器件使能信号,由主器件控制

为了更快的相应数据，不少电路还扩充了终端引脚和一些电路控制引脚，通过模块GPIO来实现，如

INT 模块引脚：任意GPIO        -从设备中断信号，通知主器件进行操作 （可选）

![](/static/editormd/php/../uploads/5_46202.jpg)

SPI模块允许MCU和外围设备之间的双工，同步，串行通信。 软件可以轮询SPI状态标志，或者通过外部GPIO触发的终端进行控制。 SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,地位在后,数据传输速度可达到几Mbps。 在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。

SPI设备也可以与多个从设备进行数据交换，当对应/SS置为高电平时，未被激活设备的MISO会成为高阻状态，从线路上断开。而只有被选中的设备控制总线的电平变化。 多设备连接示意图如下：

![](/static/editormd/php/../uploads/5_25307.jpg)

SPI还有一些突出的优势，因为主时钟是由主机进行同步的，因此在读写的时候主机时序要求宽松，既可以快速也可以慢速，只要时钟和数据位对齐即可，因此采用GPIO用软件模拟低速SPI非常容易，后面我也会在实验中加以测试。

## 2）SPI的基本时序

在数据交换之前，主控制器和从设备会将存储器数据加载至它们的内部移位寄存器。收到时钟信号后，主控制器先通过 MOSI 线路时钟输出其移位寄存器的 MSB。同时从设备会读取位于 SIMO 的主控器第一位元，将其存储在存储器中，然后通过 SOMI 时钟输出其 MSB。主控制器可读取位于 MISO 的从设备第一位元，并将其存储在存储器中，以便后续处理。整个过程将一直持续到所有位元完成交换，而主控器则可让时钟空闲并通过 /SS 禁用从设备。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_93105.gif)

除设置时钟频率外，主控制器还可根据数据配置时钟极性和相位。这两个分别称为 OPOL 与 CPHA

![](/static/editormd/php/../uploads/5_29084.jpg)
CPOL = 0 时，时钟空闲在逻辑 0 位置上：

如果 CPHA = 0，数据在 SCK 的上升沿读取，在下降沿变化。
    如果 CPHA = 1，数据在 SCK 的下降沿读取，在上升沿变化。

CPOL = 1 时，时钟在逻辑为高时空闲：

如果 CPHA = 0，数据在 SCK 的下降沿读取，在上升沿变化。
    如果 CPHA = 1，数据在 SCK 的上升沿读取，在下降沿变化。

####通常情况下我们 CPOL 和 CPHA 均置为 0 的场景比较多，下面是简化过的时序图，在时钟的上升沿采样MOSI和MISO两根数据线上的数据，是不是看上去更好懂一些呢

![](/static/editormd/php/../uploads/5_68168.jpg)

## 3) SPI实际应用

在进行SPI4线式数据读写时，我们经常遇到的是如下这样的时序结构：

![](/static/editormd/php/../uploads/5_90875.jpg)

SPI读操作指令由8bit C0-C8构成的首字节上，在MOSI线路传输指令时，同时由MISO传入设备的状态信息 S0-S8 构成首字节，然后更多的数据D0-DXX 附加在首字节后在MISO线上由设备传到模块。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_78238.jpg)

SPI写操作指令由8bit C0-C8构成的命令首字节加上D0-DXX的数据构成，在MOSI线路由模块传向设备，同时由MOSI传入设备的状态信息 S0-S8构成返回信息。
![](/static/editormd/php/../uploads/5_79893.jpg)

为了仅读取状态信息，也可以不发送数据字节，成为NOP操作，时序更为简单。

## 4) SPI总线的测试方法

对于SPI主设备，最简单的测试方法是打环测试，既将MOSI和MISO直接短接，这样我们可以从读寄存器得到发送信息的副本，当然，也可以将MISO置高，或者置低，那么我们将可以从寄存读取到 0xFF或者0x00 的数值。 此时从 SCK 和 MOSI 上则能读出与输入相匹配的方波信号。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_32417.jpg)
	--SPI 打环测试

发送 01010101
	接收 01010101

--SPI 置低测试（MISO接GND）

发送 XXXXXXXX （X是任意高低电平）
	接收 00000000

--SPI 置高测试（MISO接VCC）

发送 XXXXXXXX （X是任意高低电平）
	接收 11111111

在下一篇文章，我将结合Air720SL系列模块对SPI总线进行相关测试。 感谢您的耐心阅读，2020鼠您最棒！

发表于 2020-02-06 17:31
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