原创 SPI总线时钟极性和时钟相位的概念理解

SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

其工作模式有两种：主模式和从模式，无论那种模式，都支持3Mbit/s的速率，并且还具有传输完成标志和写冲突保护标志。

跟SPI密切相关的两个概念是时钟极性和时钟相位。

• 
  
• 时钟极性：表示时钟信号在空闲时是高电平还是低电平。
  
• 时钟相位：决定数据是在SCK的上升沿采样还是在SCK的结束沿采样。

下面以矩力的7022B芯片为例子，分析SPI工作模式的设置。

在7022B的数据手册中，指出：在SCK的上升沿放数据，在下降沿取数据。在SCK的下降沿将DIN的数据采样到7022B中，在SCK的上升沿将7022B的数据放置在DOUT上面输出。

下面是模拟SPI总线对7022B进行读取的例子，这个例子生动表示了何时放数据，何时采样数据。

unsigned long Read_reg3(unsigned char cmd)
{
      int i;
       unsigned long data;
       set_bit(SPI_PORT,SPI_SS);
       clr_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);
       clr_bit(SPI_PORT,SPI_SS);
       for(i=0;i<8;i++)
       {
           set_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);
              if(cmd&0x80)
              {
                set_bit(SPI_PORT,SPI_MOSI);
              }
              else
              {
                clr_bit(SPI_PORT,SPI_MOSI);
              }
              cmd="cmd"<<1;
              nop;
              nop;
              clr_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);nop;
       }
       clr_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);
       _delay_us(3);
       data="0";
       for(i=0;i<24;i++)
       {
           set_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);
              nop;
              nop;
              nop;
              if(PINB&(1
              {
                data+=1;
              }else
              {
                data+=0;
              }
              data="data"<<1;
              nop;
              clr_bit(SPI_PORT,SPI_SCK);
       }
       set_bit(SPI_PORT,SPI_SS);
       return data;
}

如果采用硬件SPI，则需要对单片机（ATMEGA16）SPI寄存器进行设置，本例子中，需要设置SPCR=0x57;//MSB在先01010011

时钟极性为0，因为空闲时CLK电平为低。

时钟相位设置为1，因为是下降沿采样数据，上升沿放数据。

我对SPI的理解错在采样的概念上。比如，下降沿采样，当主机接收时，我觉得应该是先有下降沿，再有采样。其实，正确的理解是：采样是对主机从机都一致的概念，采样之前必须把数据准备好。当主机接收数据时，主机也是下降沿采样，但是在下降沿发生之前，必须准备好数据，换句话说，从机在上升沿发生后，就要把数据放出来，为下降沿采样做好准备。