一、spi基础知识     

1.1、spi基础知识一

        SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是由摩托罗拉（Motorola）在1980前后提出的一种全双工同步串行通信接口，它用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，通信速度最高可达25MHz以上。

        SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、网络控制器、OLED显示驱动器、AD转换器，数字信号处理器、数字信号解码器等设备之间。

        SPI通常由四条线组成，一条主设备输出与从设备输入（Master Output Slave Input，MOSI），一条主设备输入与从设备输出（Master Input Slave Output，MISO），一条时钟信号（Serial Clock，SCLK），一条从设备使能选择（Chip Select，CS）。与I²C类似，协议都比较简单，也可以使用GPIO模拟SPI时序。

        SPI和I²C对比如表 21.1.1 所示。SPI可以同时发出和接收数据，因此SPI的理论传输速度比I²C更快。SPI通过片选引脚选择从机，一个片选一个从机，因此在多从机结构中，需要占用较多引脚，而I²C通过设备地址选择从机，只要设备地址不冲突，始终只需要两个引脚。

物理拓扑结构

        SPI可以一个主机连接单个或多个从机，每个从机都使用一个引脚进行片选，物理连接示意图如图21.1.1 和 图 21.1.2 所示。

传输模式
        SPI有四种传输模式，如表 21.1.2 所示，主要差别在于CPOL和CPHA的不同。

        CPOL（Clock Polarity，时钟极性）表示SCK在空闲时为高电平还是低电平。当CPOL=0，SCK空闲时为低电平，当CPOL=1，SCK空闲时为高电平。

        CPHA（Clock Phase，时钟相位）表示SCK在第几个时钟边缘采样数据。当CPHA=0，在SCK第一个边沿采样数据，当CPHA=1，在SCK第二个边沿采样数据。

 1.2、spi的四种模式

         spi一般都是四线的（SCLK、MOSI、MISO、CS），一般还会有DC引脚，用来控制SPI通讯是发送命令还是发送数据。但是DC引脚是不一定需要的。下面将介绍spi的四种模式的时序。

1.2.1、模式0 (CPOL=0 CPHA=0)

CPOL = 0：时钟线空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿。

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样。

时序图如下：

       （1）在clk方波信号的第一个上升沿对MOSI（发送数据）或者MISO（接收数据）的电平信号进行检测。

        （2）在clk方波的第一个上升沿的前后一段时间内，DATA数据引脚的电平一定要保持稳定。 

       （3） 在每次数据传输完成之后，必须保证CLK的电平处于空闲状态，clk的空闲状态与CPOL相关。

1.2.2、模式1 (CPOL=0 CPHA=0)

CPOL = 0：时钟线空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样

时序图如下：

1.2.3、模式2 (CPOL=1 CPHA=0)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（下降沿）采样

时序图如下：

1.2.4、模式3 (CPOL=1 CPHA=1)

CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿

CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（上升沿）采样

时序图如下：

        spi比较重要参数就是四种模式，以及clk的频率，传输的电平之间延时的时间。

二、软件spi的使用（ADXL362为例）

        软件spi的时序是比较简单的，没有IIC的时序复杂，并没有起始信号，停止信号，以及ACK和NACK应答信号。只需要在CLK的跳变沿利用MOSI发送数据，利用MISO接收数据就可以了。数据电平需要在CLK的跳变沿前后保持稳定。

        不同的模式对应的时序不同，软件SPI的代码也是不同的，下面以ADXL362姿态传感器芯片为例，进行软件SPI的设计。

2.1、ADXL362姿态传感器介绍

        对ADXL362的软件SPI的测试，（1）首先的通过软件SPI读取芯片的id。（2）利用ADXL362的可读可写寄存器，向寄存器中写入数据之后，在读出写入寄存器的数据，观察是否相同。

       下图所示的是ADXL362芯片需要使用的SPI的模式。CPHA=CPOL=0。

        下面是SPI的相关的读写指令的使用。操作寄存器前，需要先写入SPI命令。

       下面是SPI的时序，模拟SPI就需要根据下面的时序来写。

        下面是对SPI时序中的延时的规定，其他基本都符合要求，需要注意的是时钟频率，也就是CLK的跳变的频率。例如使用STM32f103zet6进行控制，时钟频率为72Mhz，clk的频率至少是AHB的72Mhz时钟的72分频才能够满足ADXL362的最低通讯时钟频率的要求。

        下面是ADXL362芯片的ID读取的寄存器。

2.2、模式0的模拟SPI的软件设计（基于ADXL362）

        模式0的spi是在CLK的第一个跳变沿（上升沿）进行信号的检测。