详解SPI中的极性CPOL和相位CPHA

长平狐 发布于 2013/06/03 14:54
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详解SPI中的极性CPOL和相位CPHA

           SPI由于接口相对简单(只需要4根线),用途算是比较广泛,主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。即一个SPI的Master通过SPI与一个从设备,即上述的那些Flash,ADC等,进行通讯。而主从设备之间通过SPI进行通讯,首先要保证两者之间时钟SCLK要一致,互相要商量好了,要匹配,否则,就没法正常通讯了,即保证时序上的一致才可正常讯。而这里的SPI中的时钟和相位,指的就是SCLk时钟的特性,即保证主从设备两者的时钟的特性一致了,以保证两者可以正常实现SPI通讯。

          SPI的极性Polarity和相位Phase,最常见的写法是CPOL和CPHA,不过也有一些其他写法,简单总结如下:
(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = (时钟)极性
(2) CKPHA (Clock Phase)   = CPHA = PHA = Phase = (时钟)相位
(3) SCK=SCLK=SPI的时钟
(4) Edge=边沿,即时钟电平变化的时刻,即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)
对于一个时钟周期内,有两个edge,分别称为:
(1)Leading edge=前一个边沿=第一个边沿,对于开始电压是1,那么就是1变成0的时候,对于开始电压是0,那么就是0变成1的时候;
(2)Trailing edge=后一个边沿=第二个边沿,对于开始电压是1,那么就是0变成1的时候(即在第一次1变成0之后,才可能有后面的0变成1),对于开始电压是0,那么就是1变成0的时候;
本博文采用如下用法:
  1. 极性=CPOL
  2. 相位=CPHA
  3. SCLK=时钟
  4. 第一个边沿和第二个边沿
CPOL和CPHA,分别都可以是0或时1,对应的四种组合就是:



下面详细介绍。

CPOL极性

           先说什么是SCLK时钟的空闲时刻,其就是当SCLK在发送8个bit比特数据之前和之后的状态,于此对应的,SCLK在发送数据的时候,就是正常的工作的时候,有效active的时刻了。其英文精简解释为:Clock Polarity = IDLE state of SCK。
SPI的CPOL,表示当SCLK空闲idle的时候,其电平的值是低电平0还是高电平1:
CPOL=0,时钟空闲idle时候的电平是低电平,所以当SCLK有效的时候,就是高电平,就是所谓的active-high;
CPOL=1,时钟空闲idle时候的电平是高电平,所以当SCLK有效的时候,就是低电平,就是所谓的active-low;

             从上图中可以看出,(CPOL=0)的SCK 波形,它有(传输)8 个脉冲,而在脉冲传输前和完成后 都保持在【低电平状态】。此时的状态就是时钟的空闲状态或无效状态,因为此时没有脉冲, 也就不会有数据传输。同理得出,(CPOL=)1 的图,时钟的空闲状态或无效状态时SCK 是保持 【高电平的】。

CPHA相位

           首先说明一点,capture strobe = latch = read = sample,都是表示数据采样,数据有效的时刻。相位,对应着数据采样是在第几个边沿(edge),是第一个边沿还是第二个边沿,0对应着第一个边沿,1对应着第二个边沿。
对于:
CPHA=0,表示第一个边沿:
对于CPOL=0,idle时候的是低电平,第一个边沿就是从低变到高,所以是上升沿;
对于CPOL=1,idle时候的是高电平,第一个边沿就是从高变到低,所以是下降沿;
CPHA=1,表示第二个边沿:
对于CPOL=0,idle时候的是低电平,第二个边沿就是从高变到低,所以是下降沿;
对于CPOL=1,idle时候的是高电平,第一个边沿就是从低变到高,所以是上升沿;


            我们看上面的图,发现数据 SI 是对应 SCK 的第一个时钟沿,再仔细看,数据是在SCK的第一个时钟边沿保持稳定【数据被采样捕获】,在下一个边沿改变【SCK 的下降沿数据改变】因此我们得出结论:该系列FLASH 是【数据在第一个时钟沿被采样捕获】或【数据在SPCK 起始边沿捕获,在SPCK 下一个边沿改变】

如何判断CPOL和CPHA

            如果起始的SCLK的电平是0,那么CPOL=0,如果是1,那么CPOL=1,然后看数据采样时刻,即时序图数据线上的数据那个矩形区域的中间所对应的位置,对应到上面SCLK时钟的位置,对应着是第一个边沿或是第二个边沿,即CPHA是0或1。(对应的是上升沿还是还是下降沿,要根据对应的CPOL的值,才能确定)。
(1)如何判断CPOL:SCLK的空闲时候的电压,是0还是1,决定了CPOL是0还是1;
(2)如何判断CPHA:而数据采样时刻对应着的SCLK的电平,是第一个边沿还是第二个边沿,对应着CPHA为0还是1。


SCLK的极性,相位,边沿之间的内在逻辑

最后来看一下S3C2440的SPI的CPOL和CPHA,结合前面讲的理论知识,下面的图就很好理解啦!



原文链接:http://blog.csdn.net/ce123/article/details/6923293
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