摘要：随着微处理器和存储器的不断发展，与外围设备通信变得尤为重要。外围设备之间的通信速度和抗干扰成为了选择通信手段的主要衡量点。SPI作为高速同步串行通信总线，在传输速率和抗干扰上相对于其他通信手段具有一定优势。这种通信总线在国内外受到了广泛的使用。

SPI主要通过SCLK，MISO，MOSI，CS四条线实现通信，SPI总线可以实现多种数据传输模式和灵活速率进行通信。本论文主要使用modelsim对SPI进行仿真测试。首先建立了SPI的整体框架，然后对SPI端口进行定义，再设计出SPI控制功能块，分频和计数功能块，SPI的收发功能块。最后针对完成的SPI总线编写接口测试仿真文件。首先在testbench中对端口进行定义，然后设置时钟激励以及初始化，再更新控制信号和输出缓冲寄存器，然后再固定工作模式下的串并转换，最后检测状态以及数据接收检测，进而实现用FPGA模拟SPI接口。

在对仿真图的分析中分别给出了模式0下四分频收发数据，模式1下十六分频收发数据，模式2下八分频收发数据，模式3下六十四分频收发数据。最后在通过DE2开发板与STM32F103进行通信在LCD1602上输出传输结果来进行SPI总线的验证。当FPGA作为主设备发送数据给STM32从机能够接收，验证成功。

关键词：SPI；FPGA；主从通信；模式速率可控

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 研究价值以及意义-2

1.3 国内外研究现状以及趋势-2

1.4 本章小结-3

第二章  SPI简介-4

2.1 SPI工作方式-4

2.1.1 SPI接口简介-4

2.1.2 SPI工作方式-5

2.1.3 SPI数据传输模式-7

2.2 SPI工作原理-9

2.2.1 SPI数据传输原理-9

2.2.2 SPI数据传输举例-9

2.3 开发软件-11

2.3.1 设计软件介绍-11

2.3.2 FPGA介绍-12

2.4 本章小结-12

第三章  SPI接口设计-13

3.1 SPI总体框架及实现功能-13

3.2 SPI接口模块设计-14

3.2.1 SPI端口构成-14

3.2.2 SPI的寄存器设计-14

3.3 SPI接口模块的设计-15

3.3.1 SPI接口的流程设计-15

3.3.2 控制功能块-16

3.3.3 分频和计数功能块-17

3.3.4 SPI的收发功能块-19

3.4 本章小结-20

第四章  SPI接口测试仿真与验证-21

4.1 测试文件流程-21

4.2 测试文件编写-21

4.2.1 testbench端口定义-21

4.2.2 设置时钟激励以及初始化-22

4.2.3 更新控制信号和输出缓冲寄存器-23

4.2.4 检测状态，接收数据测试-24

4.2.5 固定工作模式下的串并转换-24

4.3 仿真波形分析-26

4.3.1 模式0四分频收发数据-26

4.3.2 模式2八分频收发数据-27

4.3.3 模式1十六分频收发数据-29

4.3.4 模式3六十四分频收发数据-30

4.4 SPI接口验证-32

4.5 本章小结-33

第五章  总结与展望-34

5.1 总结-34

5.2 展望-35

参考文献-36

致  谢-38

附  录-39