SPI interface
SPI接口介紹
SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規範，常作爲單片機外設芯片串行擴展接 口。SPI有4個引腳：SS(從器件選擇線)、SDO(串行數據輸出線)、SDI(串行數據輸入線)和SCK(同步串行時鐘線)。SPI可以用全雙工通信 方式同時發送和接收8(16)位數據，過程如下：主機啓動發送過程，送出時鐘脈衝信號，主移位寄存器的數據通過SDO移入到從移位寄存器，同時從移位寄存 器中的數據通過SDI移人到主移位寄存器中。8(16)個時鐘脈衝過後，時鐘停頓，主移位寄存器中的8(16)位數據全部移人到從移位寄存器中，隨即又被
自動裝入從接收緩衝器中，從機接收緩衝器滿標誌位(BF)和中斷標誌位(SSPIF)置“1”。同理，從移位寄存器中的8位數據全部移入到主寄存器中，隨 即又被自動裝入到主接收緩衝器中．主接收緩衝器滿標誌位(BF)和中斷標誌位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測到主接收緩衝器的滿標誌位或者中斷標誌 位置1後，就可以讀取接收緩衝器中的數據。同樣，從CPU檢測到從接收緩衝器滿標誌位或中斷標誌位置1後，就可以讀取接收緩衝器中的數據，這樣就完成了一 次相互通信過程。這裏設置dsPIC30F6014爲主控制器，ISD4002爲從器件，通過SPI口完成通信控制的過程。
SPI總線協議
SPI是一個環形總線結構，由ss（cs）、sck、sdi、sdo構成，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數據交換。
假設下面的8位寄存器裝的是待發送的數據10101010，上升沿發送、下降沿接收、高位先發送。
那麼第一個上升沿來的時候 數據將會是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到來的時候，sdi上的電平將所存到寄存器中去，那麼這時寄存器=0101010sdi，這樣在 8個時鐘脈衝以後，兩個寄存器的內容互相交換一次。這樣就完成裏一個spi時序。
例子：
假設主機和從機初始化就緒：並且主機的sbuff=0xaa，從機的sbuff=0x55，下面將分步對spi的8個時鐘週期的數據情況演示一遍:假設上升沿發送數據
| 脈衝 | 主機sbuff | 從機sbuff | sdi | sdo |
| 0 | 10101010 | 01010101 | 0 | 0 |
| 1上 | 0101010x | 1010101x | 0 | 1 |
| 1下 | 01010100 | 10101011 | 0 | 1 |
| 2上 | 1010100x | 0101011x | 1 | 0 |
| 2下 | 10101001 | 01010110 | 1 | 0 |
| 3上 | 0101001x | 1010110x | 0 | 1 |
| 3下 | 01010010 | 10101101 | 0 | 1 |
| 4上 | 1010010x | 0101101x | 1 | 0 |
| 4下 | 10100101 | 01011010 | 1 | 0 |
| 5上 | 0100101x | 1011010x | 0 | 1 |
| 5下 | 01001010 | 10110101 | 0 | 1 |
| 6上 | 1001010x | 0110101x | 1 | 0 |
| 6下 | 10010101 | 01101010 | 1 | 0 |
| 7上 | 0010101x | 1101010x | 0 | 1 |
| 7下 | 00101010 | 11010101 | 0 | 1 |
| 8上 | 0101010x | 1010101x | 1 | 0 |
| 8下 | 01010101 | 10101010 | 1 | 0 |
這 樣就完成了兩個寄存器8位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對於主機而言的。其中ss引腳作爲主機的時候，從機可以把它拉底被 動選爲從機，作爲從機的是時候，可以作爲片選腳用。根據以上分析，一個完整的傳送週期是16位，即兩個字節，因爲，首先主機要發送命令過去，然後從機根據 主機的名準備數據，主機在下一個8位時鐘週期才把數據讀回來
SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數據輸入線MOSI，一條數據輸出線MISO;用於 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以同時發出和接收串行數據;可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發送結束 中斷標誌;寫衝突保護;總線競爭保護等。圖3示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最爲廣泛的是SPI0和SPI3方式(實線表示):
圖2 SPI總線四種工作方式
SPI總線接口及時序
SPI 模塊爲了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時鐘的空閒狀態爲低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閒狀態爲高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用於選擇兩種不同的傳 輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被採樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿 （上升或下降）數據被採樣。SPI主模塊和與之通信的外設音時鐘相位和極性應該一致。SPI總線接口時序如圖所示。
SPI功能模塊的設計
根據功能定義及SPI的工作原理，將整個IP Core分爲8個子模塊：uC接口模塊、時鐘分頻模塊、發送數據FIFO模塊、接收數據FIFO模塊、狀態機模塊、發送數據邏輯模塊、接收數據邏輯模塊以及中斷形式模塊。
深入分析SPI的四種傳輸協議可以發現，根據一種協議，只要對串行同步時鐘進行轉換，就能得到其餘的三種協議。爲了簡化設計規定，如果要連續傳輸多個數據，在兩個數據傳輸之間插入一個串行時鐘的空閒等待，這樣狀態機只需兩種狀態（空閒和工作）就能正確工作。