SPI通信

ID被吃 2016-03-17

展開全文

SPI是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在 EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便。
      SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要4根線，事實(shí)上3根也可以。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是SDI(數(shù)據(jù)輸入)，SDO(數(shù)據(jù)輸出)，SCLK(時(shí)鐘)，CS(片選)。
      MOSI(SDO)：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入。
      MISO(SDI)：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出。
      SCLK ：時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生。
      CS：從器件使能信號(hào)，由主器件控制。
      其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)（高電位或低電位），對(duì)此芯片的操作才有效，這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。需要注意的是，在具體的應(yīng)用中，當(dāng)一條SPI總線上連接有多個(gè)設(shè)備時(shí)，SPI本身的CS有可能被其他的GPIO腳代替，即每個(gè)設(shè)備的CS腳被連接到處理器端不同的GPIO，通過操作不同的GPIO口來控制具體的需要操作的SPI設(shè)備，減少各個(gè)SPI設(shè)備間的干擾。

SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位從MSB或者LSB開始傳輸?shù)?，這就是SCK時(shí)鐘線存在的原因，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，MISO、MOSI則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。 SPI支持4-32bits的串行數(shù)據(jù)傳輸，支持MSB和LSB，每次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)當(dāng)從設(shè)備的大小端發(fā)生變化時(shí)需要重新設(shè)置SPI Master的大小端。

SPI interface SPI接口介紹
SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規(guī)范，常作為單片機(jī)外設(shè)芯片串行擴(kuò)展接口。SPI有4個(gè)引腳：SS(從器件選擇線)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出線)、SDI(串行數(shù)據(jù)輸入線)和SCK(同步串行時(shí)鐘線)。SPI可以用全雙工通信方式同時(shí)發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù)，過程如下：主機(jī)啟動(dòng)發(fā)送過程，送出時(shí)鐘脈沖信號(hào)，主移位寄存器的數(shù)據(jù)通過SDO移入到從移位寄存器，同時(shí)從移位寄存器中的數(shù)據(jù)通過SDI移人到主移位寄存器中。8(16)個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，時(shí)鐘停頓，主移位寄存器中的8(16)位數(shù)據(jù)全部移人到從移位寄存器中，隨即又被自動(dòng)裝入從接收緩沖器中，從機(jī)接收緩沖器滿標(biāo)志位(BF)和中斷標(biāo)志位(SSPIF)置“1”。同理，從移位寄存器中的8位數(shù)據(jù)全部移入到主寄存器中，隨即又被自動(dòng)裝入到主接收緩沖器中．主接收緩沖器滿標(biāo)志位(BF)和中斷標(biāo)志位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測到主接收緩沖器的滿標(biāo)志位或者中斷標(biāo)志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)。同樣，從CPU檢測到從接收緩沖器滿標(biāo)志位或中斷標(biāo)志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)，這樣就完成了一次相互通信過程。這里設(shè)置dsPIC30F6014為主控制器，ISD4002為從器件，通過SPI口完成通信控制的過程。
SPI總線協(xié)議

SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由ss（cs）、sck、sdi、sdo構(gòu)成，其時(shí)序其實(shí)很簡單，主要是在sck的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
       假設(shè)下面的8位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù)10101010，上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。
       那么第一個(gè)上升沿來的時(shí)候數(shù)據(jù)將會(huì)是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到來的時(shí)候，sdi上的電平將所存到寄存器中去，那么這時(shí)寄存器=0101010sdi，這樣在 8個(gè)時(shí)鐘脈沖以后，兩個(gè)寄存器的內(nèi)容互相交換一次。這樣就完成里一個(gè)spi時(shí)序。
       例子：
       假設(shè)主機(jī)和從機(jī)初始化就緒：并且主機(jī)的sbuff=0xaa，從機(jī)的sbuff=0x55，下面將分步對(duì)spi的8個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍:假設(shè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)

脈沖	主機(jī)sbuff	從機(jī)sbuff	sdi	sdo
0	10101010	01010101	0	0
1上	0101010x	1010101x	0	1
1下	01010100	10101011	0	1
2上	1010100x	0101011x	1	0
2下	10101001	01010110	1	0
3上	0101001x	1010110x	0	1
3下	01010010	10101101	0	1
4上	1010010x	0101101x	1	0
4下	10100101	01011010	1	0
5上	0100101x	1011010x	0	1
5下	01001010	10110101	0	1
6上	1001010x	0110101x	1	0
6下	10010101	01101010	1	0
7上	0010101x	1101010x	0	1
7下	00101010	11010101	0	1
8上	0101010x	1010101x	1	0
8下	01010101	10101010	1	0

這樣就完成了兩個(gè)寄存器8位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對(duì)于主機(jī)而言的。其中ss引腳作為主機(jī)的時(shí)候，從機(jī)可以把它拉底被動(dòng)選為從機(jī)，作為從機(jī)的是時(shí)候，可以作為片選腳用。根據(jù)以上分析，一個(gè)完整的傳送周期是16位，即兩個(gè)字節(jié)，因?yàn)?，首先主機(jī)要發(fā)送命令過去，然后從機(jī)根據(jù) 主機(jī)的名準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，主機(jī)在下一個(gè)8位時(shí)鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來

SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進(jìn)行通信:一條時(shí)鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO;用于 CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點(diǎn)有:可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù);可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作;提供頻率可編程時(shí)鐘;發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志;寫沖突保護(hù);總線競爭保護(hù)等。圖3示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式(實(shí)線表示):

圖2 SPI總線四種工作方式

SPI總線接口及時(shí)序
SPI 模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（CPOL）對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。SPI總線接口時(shí)序如圖所示。

SPI功能模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能定義及SPI的工作原理，將整個(gè)IP Core分為8個(gè)子模塊：uC接口模塊、時(shí)鐘分頻模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)FIFO模塊、接收數(shù)據(jù)FIFO模塊、狀態(tài)機(jī)模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)邏輯模塊、接收數(shù)據(jù)邏輯模塊以及中斷形式模塊。

深入分析SPI的四種傳輸協(xié)議可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)一種協(xié)議，只要對(duì)串行同步時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就能得到其余的三種協(xié)議。為了簡化設(shè)計(jì)規(guī)定，如果要連續(xù)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)，在兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸之間插入一個(gè)串行時(shí)鐘的空閑等待，這樣狀態(tài)機(jī)只需兩種狀態(tài)（空閑和工作）就能正確工作。

首先看一下mcu spi的工作過程：在空閑時(shí)SCLK 無信號(hào)。當(dāng)MCU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)SCLK才會(huì)產(chǎn)生一個(gè)8位的sclk信號(hào)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。同理，如果MCU一直無動(dòng)作是不會(huì)有sclk信號(hào)的，如果想要讀取從機(jī)的值只能先往從機(jī)發(fā)送一個(gè)無意義的十六進(jìn)制數(shù)。這時(shí)才會(huì)在SCLK上出現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)，而此時(shí)AD才會(huì)將數(shù)據(jù)通過dout發(fā)送出去。也就是說由于SPI通信要由主機(jī)產(chǎn)生sck時(shí)鐘信號(hào)，只有存在時(shí)鐘才從機(jī)才能把寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，所以要保證發(fā)送的數(shù)據(jù)使得從機(jī)不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作（無效數(shù)據(jù)），SPI不能只接收不發(fā)送，在接收的時(shí)候必然也在發(fā)送數(shù)據(jù)

本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，不代表本站觀點(diǎn)。請(qǐng)注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購買等信息，謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。

轉(zhuǎn)藏 分享

QQ空間 QQ好友新浪微博微信

獻(xiàn)花（0） +1

來自： ID被吃 > 《單片機(jī)》

舉報(bào)/認(rèn)領(lǐng)