SPI协议详解（以ADS1118为例）

　　球速体育最近要写一个协议，所以再复习一次SPI。（存草稿太久了，再不发就忘了）一开始先分析了SPI的协议特点，使用ADS1118这个器件作为承载物进行分析，后面用逻辑分析仪从位到字节进行解码，最后使用TI给的demo移植到STM32平台。SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 各家的名字可能不一样，反正你就看传输方向就行。

　　这个是时序图，因为是双向的传输，在主机发给从机这段时间，从机也是发数据的，但是相当于乱发无意义的：

　　另外：密封的菱形部分，注意要密封，表示数据有效，Valid Data这个词也显示了这点。

　　关于时间的标注，这也是个十分重要的信息，这些时间的标注表明了某些状态所要维持的最短或最长时间。

　　因为器件的工作速度也是有限的，一般都跟不上主控芯片的速度，所以它们直接之间要有时序配合。

　　外部12MHz晶振，指令周期就是一个时钟周期为（1/12MHz）us，所以至少确定了它执行一条指令的时间是us级别的。我们看到，以上给的时间参数全部是ns级别的，所以即便我们在程序里不加延时程序

　　这个样子的意思是，数据有高有低，靠后的线是数据输出，前面是数据准备。或者是被锁定

　　给MCU的数据中，一个大的时钟周期由32个小周期组成，两个字节来说明转换的结果，也就是本身的数据，MSB在前。后面两个是寄存器的回读，这里我理解是把输出的控制命令又回流一次。

　　DIN是MCU给器件的信息，MSB+LSB发一次，剩下二分之一如果你不变化，就可以让这个DIN的引脚在后一个周期里面一直低或者高都可以。

　　这个是输出16位值的寄存器的样子，0~15，上面每一位都是一个0或者1，一次16位。

　　这个是配置的寄存器，从0开始写，一直配好到15，组成一个16位的序列，发送。

　　数据手册里面的写法是倒着来，先15，说这个寄存器的位置在15，名字叫SS，可以读可以写，重启之后是0h，描述是断电的时候设置一次，在转换过程中换不了。

　　扩展SPI还增加了SDR（Single Data Rate）和DDR（Double Data Rate）两种模式。在标准SPI 协议的SDR 模式下，只在SCK 的单边沿进行数据传输，即一个SCK 时钟只传输一位数据；而在DDR 模式下，会在SCK 的上升沿和下降沿都进行数据传输，即一个SCK 时钟能传输两位数据，传输速率提高一倍。

　　没问题，可以看到时序图内在CLK的上下沿，数据线上的电平确实是稳定的，可以读取。

　　1. 2-bit Dual SPI模式2-bit Dual SPI模式，也称为Dual SPI模式，是标准SPI的一个变体，它使用两条数据线（通常是MOSI和MISO）同时传输数据。在此模式下，数据在时钟信号的上升沿和下降沿同时被发送和接收，使得数据吞吐量相比单线SPI翻倍。它只是针对SPI Flash而言，不是针对所有SPI外设。对于SPI Flash，全双工并不常用，因此扩展了mosi和miso的用法，让它们工作在半双工，用以加倍数据传输。也 就是对于Dual SPI Flash，可以发送一个命令字节进入dual mode，这样mosi变成SIO0（serial io 0），mosi变成SIO1（serial io 1）,这样一个时钟周期内就能传输2个bit数据，加倍了数据传输。

　　数据速率：相比于标准SPI，数据传输速率翻倍，因为它同时使用两条线传输数据。

　　使用场景：适用于需要比标准SPI更高数据传输率但又不需要四线Quad SPI的场景。

　　2. DDR SPI模式DDR SPI（双数据率SPI）模式在每个时钟周期的上升沿和下降沿都进行数据传输。这意味着在每个时钟脉冲上，都可以发送或接收数据，从而有效地加倍了数据传输速率。这种模式通常用于高速数据采集系统中。

　　数据速率：数据速率是标准SPI的两倍，因为它在时钟的上升沿和下降沿都传输数据。

　　区别 数据传输方式：Dual SPI利用两条数据线在时钟的每个边沿传输数据；而DDR SPI可能只使用一条数据线，但在每个时钟的上升沿和下降沿都传输数据。复杂性：DDR SPI通常在实现上更复杂，因为它要求在时钟的每个边缘精确控制数据的采样和输出，这对时钟同步提出了更高的要求。效率：尽管两者都提高了数据传输速率，但在具体实现和系统兼容性方面，它们各有优势和局限。如果你的设计对时钟同步的要求极高，可能会更倾向于使用Dual SPI而不是DDR SPI，因为后者需要更精确的控制和可能导致的时钟偏差问题。相反，如果需要极高的数据传输效率，DDR SPI可能是更好的选择。

　　Hi-Z是数字电路常见术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定。高阻态: 高阻态的实质电路分析时高阻态可做开路理解。

　　手边还有一个ESP32-C3的单片机，这个是它的数据手册，有三个SPI，或者是一个SPI配六个CS线。

　　外部焊盘，通过MUX，多路转换到接口上面，可以走DMA或者Cache到CPU，等等，之后再说。

　　SPI 主机驱动允许总线上连接多个设备（共享单个 ESP32-C3 SPI 外设）。每个设备仅由一个任务访问时，驱动程序线程安全。反之，若多个任务尝试访问同一 SPI 设备，则驱动程序非线程安全。

　　当传输事务数据等于或小于 32 位时，为数据分配一个缓冲区将是次优的选择。

　　SPI 主机逐字节地将数据读入和写入内存。默认情况下，数据优先以最高有效位 (MSB) 发送，极少数情况下会优先使用最低有效位 (LSB)。如果需要发送一个小于 8 位的值，这些位应以 MSB 优先的方式写入内存。例如，如果需要发送 0b00010，则应将其写成 uint8_t 变量，读取长度设置为 5 位。此时，设备仍然会收到 8 位数据，并另有 3 个“随机”位，所以读取过程必须准确。传输速度主要有以下三个限制因素：

　　影响大传输事务传输速度的主要参数是时钟频率。而多个小传输事务的传输速度主要由传输事务间隔时长决定。

　　这里的解码有几个层级，首先是bit级别，就是0，1，接着是转换，就是0,1拼成别的进制数据。还有就是转换成数据。

　　有八个上升沿，也就是8个0，也就是下面的00.是转换的层级，8个字节是一位-00.

　　我们的工作是要在代码里面实现STM32的SPI接口移植，然后在线测量所有的参数来更加详细的学习SPI。

　　NSS管脚及我们熟知的片选信号，作为主设备NSS管脚为高电平，从设备NSS管脚为低电平。当NSS管脚为低电平时，该spi设备被选中，可以和主设备进行通信。在stm32中，每个spi控制器的NSS信号引脚都具有两种功能，即输入和输出。所谓的输入就是NSS管脚的信号给自己。所谓的输出就是将NSS的信号送出去，给从机。对于NSS的输入，又分为软件输入和硬件输入。软件输入： NSS分为内部管脚和外部管脚，通过设置spi_cr1寄存器的ssm位和ssi位都为1可以设置NSS管脚为软件输入模式且内部管脚提供的电平为高电平，其中SSM位为使能软件输入位。SSI位为设置内部管脚电平位。同理通过设置SSM和SSI位1和0则此时的NSS管脚为软件输入模式但内部管脚提供的电平为0。若从设备是一个其他的带有spi接口的芯片，并不能选择NSS管脚的方式，则可以有两种办法，一种是将NSS管脚直接接低电平。另一种就是通过主设备的任何一个gpio口去输出低电平选中从设备。硬件输入： 主机接高电平，从机接低电平。

　　操作时序永远使用是任何一片IC芯片的最主要的内容。一个芯片的所有使用细节都会在它的官方器件手册上包含。所以使用一个器件事情，要充分做好的第一件事就是要把它的器件手册上有用的内容提取，掌握。介于中国目前的芯片设计能力有限，所以大部分的器件都是外国几个IC巨头比如TI、AT、MAXIM这些公司生产的，器件资料自然也是英文的多，所以，英文的基础要在阅读这些数据手册时得到提高哦。即便有中文翻译版本，还是建议看英文原版，看不懂时不妨再参考中文版，这样比较利于提高。 我们首先来看1602的引脚定义,1602的引脚是很整齐的SIP单列直插封装，所以器件手册只给出了引脚的功能数据表： 我们只需要关注以下几个管脚： 3脚：VL，液晶显示偏

　　？ /

　　简介： 串行外围设备接口 全双工三线同步，可以同时发出和接收串行数据 采用主从（Master Slave）架构，支持多Slave模式应用，一般仅支持单Slave 时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后 目前应用中可以达到几Mbps的水平 优点：与普通的串行设备相比，可以按位传输，甚至可以暂停。当没有时钟跳变时，从设备不采集和传送数据。不需要寻址操作。全双工通信。 缺点：没有应答机制确认。 特点： 提供频率可编程时钟 发送结束、中断标志；写冲突保护 总线竞争保护 SPI总线种工作方式中，使用最广泛的是SPI0和SPI3方式 - - - - - - - - - -

　　与应用实例 /

　　SPI主要有四根线，分别是信号线SCLK，主机输入从机输出MISO，主机输出从机输入MOSI，以及一个片选信号/CS。SPI通信还支持全双工通信，即可以同时接受和发送数据，因为MISO和MOSI是两条不同的线。 SPI同样支持连接多台设备，但是要分时操作，当操作某台设备时，将这个设备的片选引脚拉低表示选中，完成操作后再释放引脚。 所有设备的时钟线和两条数据线则是共用的，只是通过片选引脚来决定何时使用何设备。 SPI支持四种不同的传输模式，分别是SPI MODE0，1，2，3，我们经常使用的是MODE0和3，这是因为使用这两个模式时，都是在上升沿采样数据，可以不用过多的关注SCLK的电平。 SPI支持四种不同的传输模

　　介绍_P /

　　详解

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