STM32再學(xué)習(xí)之工程師眼中的SPI

　　前些天，有位網(wǎng)友談到通過FPGA來實(shí)現(xiàn)SPI通訊。通過帖子的回復(fù)發(fā)現(xiàn)好多網(wǎng)友對(duì)SPI通訊還有些疑惑，于是今天就帶著大家從SPI的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，SPI在STM32單片機(jī)上的配置及在74HC595邏輯芯片通訊的實(shí)例來全方面認(rèn)識(shí)一下這個(gè)既復(fù)雜又簡單的通訊協(xié)議。

　　SPI 是Serial Peripheral Interface的縮寫，直譯為串行外圍設(shè)備接口，SPI是Motorola公司推出的一種同步串行通訊方式，是一種四線同步總線，因其硬件功能很強(qiáng)，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單，使MCU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。這里要說明一下，專利在電子行業(yè)還是很關(guān)鍵的，因此，部分其它廠商將SPI通訊協(xié)議更名以規(guī)避高昂的專利費(fèi)，但其硬件處理方式是一樣的，只是換了一個(gè)名稱而已，例如德儀單片機(jī)里的SSI通訊。

　　常用的SPI通訊方式是標(biāo)準(zhǔn)四線制，如下圖電路示意圖所示：

　　MISO：主設(shè)備輸入/從設(shè)備輸出引腳。該引腳在從模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在主模式下接收數(shù)據(jù)。

　　MOSI：主設(shè)備輸出/從設(shè)備輸入引腳。該引腳在主模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在從模式下接收數(shù)據(jù)。

　　SCK：串口時(shí)鐘，作為主設(shè)備的輸出，從設(shè)備的輸入

　　NSS：從設(shè)備選擇。這是一個(gè)可選的引腳，用來選擇主/從設(shè)備。

　　MOSI腳相互連接，MISO腳相互連接。這樣，數(shù)據(jù)在主和從之間串行地傳輸(MSB位在前)。通信總是由主設(shè)備發(fā)起。主設(shè)備通過MOSI腳把數(shù)據(jù)發(fā)送給從設(shè)備，從設(shè)備通過MISO引腳回傳數(shù)據(jù)。這意味全雙工通信的數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)輸入是用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)同步的;時(shí)鐘信號(hào)由主設(shè)備通過SCK腳提供。

　　比較復(fù)雜的是這個(gè)從選擇(NSS)腳。其有兩種模式：軟件NSS模式與硬件NSS模式。

　　軟件NSS模式下：在該模式下說得簡單一些就是此引腳當(dāng)作普通的GPIO來使用。其輸入/輸出的功能與操作GPIO是一樣的。我們通過STM32來操作片外設(shè)備時(shí)多采用此模式。

　　硬件NSS模式下：此模式又下分兩種情況：情況一、NSS輸出被使能：當(dāng)STM32工作為主SPI，并且NSS輸出已經(jīng)使能，這時(shí)NSS引腳被拉低，所有NSS引腳與這個(gè)主SPI的NSS引腳相連并配置為硬件NSS的SPI設(shè)備，將自動(dòng)變成從SPI設(shè)備;情況二、NSS輸出被關(guān)閉：允許操作于多主環(huán)境。

　　硬件的連接我們說完了，下面我再來介紹時(shí)鐘線與信號(hào)線。

　　在學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯電路時(shí)，我們都聽老師講過數(shù)據(jù)的鎖存方式，例如上升沿鎖存等。我們的SPI通訊方式在硬件上非常靈活的處理數(shù)據(jù)鎖存方式，通過兩個(gè)參數(shù)的配置提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸模式，如下圖所示：