辛晓宁，孙文强

（沈阳工业大学 研究生学院，辽宁 沈阳 110870）

SPI串行通信接口是一种常用的标准接口，由于其使用简单方便且节省系统资源，很多芯片都支持该接口，应用相当广泛[1]。但是现有文献和设计多数仅实现了SPI接口的基本发送和接收功能，对SPI接口的时序控制没有进行深入的研究。全功能SPI接口应具有四种不同的时钟模式，以适应具有不同时序要求的从控制器。文中主要研究SPI接口的时钟时序，并用具体电路实现具有4种不同极性和相位的时钟，最后通过仿真验证和FPGA验证[2]。

1 SPI控制器典型结构

SPI模块中的典型结构是用于通信的主从2个控制器之间的连接，如图1所示。由串行时钟线（SPICLK）、主机输入从机输出线（SPISOMI）、主机输出从机输入线（SPISIMO）、SPI选通线（SPISTE）4条线组成[3]。当CPU通过译码向主控制器写入要传输的数据时，主控制器通过串行时钟线来启动数据传输，将会在串行时钟线的一个边沿将数据移出移位寄存器，而在串行时钟的另一个边沿将数据锁存在移位寄存器中。SPI选通线是SPI控制器的使能端，可以选择多个从机，实现一主多从的结构，只要SPI选通信号将要选的从机处的选通信号变为低电平就能够连接成功。

图1 SPI主从连接Fig.1 Master-slave link

2 全功能SPI控制器设计

2.1 SPI控制器内部结构

SPI控制器的原理框图如图2所示，其中主要包括：

1）SPI控制器的内部寄存器

图2 SPI控制器原理框图Fig.2 Functional block diagram of SPI module

SPI操作控制寄存器（SPICTL），SPI状态寄存器（SPISTS），SPI波特率设计寄存器 （SPIBRR），SPI接收缓冲寄存器（SPIRXBUF），SPI发送缓冲寄存器 （SPITXBUF），SPI串行数据寄存器（SPIDAT），SPI中断优先级控制寄存器（SPIPRI）。……