Serial Peripheral Interface（SPI）は，マイコンとその周辺機器のシリアル通信の規格です．複数のデバイスを接続できることや，双方向の通信ができることが特徴です．
この記事ではSPIの仕組みについて解説していきます．
SPIとは？
Serial Peripheral Interface（SPI）は，Motorola社（現在のNXP Semiconductors社）が提唱した，マイコンとその周辺機器のシリアル通信の規格です．
I2Cと並んで，事実上の業界標準となっています．
SPIの概要
SPIでは次の4つの信号を使って通信を行います．
- MOSI（Master Out Slave In）
- MISO（Master In Slave Out）
- SCK（Serial Clock）
- SS（Slave Select）
SPIでは，デバイスはその役割によってマスタとスレーブに分かれています．
マスタは複数接続されたスレーブの中から1つを選び，クロック信号をSCKに出力することで通信を開始することができます．
マスタは通信したいスレーブのSSをLOWにすることで，スレーブを選択します．通信しないスレーブのSSはHIGHにすることで通信から除外することができます．
SPIの仕組み
SPIの動作は次の図のようになります。
マスタが通信したいスレーブのCSをLOWにします。マスタが生成するクロック信号のSCKに合わせて、MOSIとMISOでデータを伝送します。
マスタからスレーブへのデータの送信はMOSI（Master Out Slave In）を使い、スレーブからマスタへのデータの送信はMISO（Master In Slave Out）を使います。
SPICR1
SPIの設定を行うレジスタです．
SPIE（SPI Interrupt Enable Bit）
SPIの割り込みを有効化します．
SPE（SPI System Enable Bit）
SPIを有効化します．SPEがクリアされると，SPIは無効化され，アイドル状態になります．SPISRはリセットされます．
SPTIE（SPI Transmit Interrupt Enable Bit）
SPIの送信割り込みを有効化します．
MSTR（SPI Master/Slave Select Bit）
SPIバスにマスタで動作します．
CPOL（SPI Clock Polarity Bit）
SCKシリアルクロックの極性を決定します．
CPHA（SPI Clock Phase Bit）
データのサンプリングのタイミングを指定します．
SSOE（Slave Select Output Enable）
LSBFE（LSB First Enable Bit）
送信データの順番を指定します．1LSBファーストで0がMSBファーストです．
マスタとスレーブで，クロックの極性（CPOL）とクロックの位相（CPHA）を揃える必要があります．
| SPIモード | クロックの極性（CPOL） | クロックの位相（CPHA） |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 2 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 1 |
- アイドル状態でLOW、アクティブでHIGH（CPOL=0）
- アイドル状態でHIGH、アクティブでLOW（CPOL=1）
- 1つ目のエッジでサンプリング、2つ目のエッジでシフト（CPHA=0）
- 1つ目のエッジでシフト、2つ目のエッジでサンプリング（CPHA=1）
注意：デバイスのデータシートを参照してください。
参考文献
NXP Semiconductors “SPI Block Guide V04.01”
https://www.nxp.com/files-static/microcontrollers/doc/ref_manual/S12SPIV4.pdf