串行外設接口

串行外設接口總線(SPI)最早由Motorola首先提出的全雙工三線同步串行外圍接口，採用主從模式(Master—Slave)架構，支持一個或多個Slave設備，首先出現在其M68系列單片機中，由於其簡單實用、性能優異，又不牽涉到專利問題，因此許多廠家的設備都支持該接口，廣泛應用於MCU和外設模塊如E2PROM、ADC、顯示驅動器等的連接。需要注意的是，SPI接口是一種事實標準，大部分廠家都是參照Motorola的SPI接口定義來設計的，並在此基礎上衍生出多種變種，因此，不同廠家產品的SPI接口在使用上可能存在一定差別，有的甚至無法直接互連(需要軟件進行必要的修改)，在實際中需仔細閲讀廠家文檔確認。 ^[1] 

利用SPI可以在軟件的控制下構成各種系統。如一個主控制器和幾個從控制器、幾個從控制器相互連接構成多主機系統(分佈式系統)、一個主控制器和一個或幾個從I/O設備所構成的各種系統等。在大多數應用場合，可以使用一個主控制器作為主控機來控制數據，並向一個或幾個從外圍器件傳送該數據。從器件只有在主控機發命令時才能接收或發送數據，其數據的傳輸格式是高位(MSB)在前，低位(LSB)在後。單主系統只有一台主控制器，其他均為從控制器。 ^[2] 

SPI系統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件接口，它只需4條線：串行時鐘線(SCK)、主機輸入/從機輸出數據線(MISO)、主機輸出/從機輸入數據線(MOSI)和低電平有效的從機選擇線(NSS)。

(1)MISO：主設備輸入/從設備輸出引腳。該引腳在從模式下發送數據，在主模式下接收數據。

(2)MOSI：主設備輸出/從設備輸入引腳。該引腳在主模式下發送數據，在從模式下接收數據。

(3)SCK：串口時鐘，作為主設備的輸出，從設備的輸入。

(4)NSS：從設備選擇。這是一個可選的引腳，用來選擇主/從設備。它的功能是用來作為片選引腳，讓主設備可以單獨地與特定從設備通信，避免數據線上的衝突。

SPI是一個環形總線結構，由NSS、SCK、MISO、MOSI構成，NSS引腳設置為輸入，MOSI引腳相互連接，MISO引腳相互連接，數據在主和從之間串行地傳輸(MSB位在前)。 ^[3] 

SPI有主從兩種工作方式。在主模式下，SPI為其他節點的SPICLK引腳提供串行時鐘，數據從SPISIMO引腳輸出，從SPISOMI引腳輸入。主控制器寫人數據到寄存器SPITXBUF便啓動發送，數據從SPITXBUF傳送到SPIDAT中再通過SPISIMO引腳發送出去，先發送最高位；同時，主控制器接收到的數據通過SPISOMI引腳移入寄存器SPIDAT的最低位。當選定數量的位數發送完時，整個數據發送完畢，緊接着接收完畢(通過SPISIMO引腳發送的SPIDAT的數據最高位每移出一位後就會從SPISOMI引腳移人一位到SPIDAT最低位)。首先將接收到的數據傳送到寄存器SPIRXBUF，並進行右對齊，供CPU讀取。

在從動方式下，數據從SPISOMI引腳移出並由SPISIMO引腳移入。SPICLK引腳作為串行移位時鐘的輸入。

為了接收數據，串行外設接口等待網絡主控制器送出的SPICLK信號，然後它將SPISIMO引腳上的數據移入到SPIDAT寄存器。如果從控制器同時也發送數據，則必須在SPICLK信號開始之前把數據寫入到SPIRXBUF或SPIDAT寄存器中。 ^[4]