成都自动化开发提供_SPI接口通信协议浅谈
沙鸥-成都
1 什么是SPI
SPI是串口外设接口的缩写,是一种高速的、全双工、同步的通信协议,是微处理器与外围IC之间常用的一种通讯方式。
SPI是主从式的通信协议,可以一主机一从机通信,也可以一主机多从机通信。
2 SPI的优缺点
SPI接口简单,一般只需要4个引脚就可以通信,分别是SCLK、MOSI、MISO、CS,假如只需要单向通信,那么最少只需要2个引脚就可以。
SPI的一个缺点就是没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据,只支持一个主机方式等。
3 SPI怎么工作的
用一句话概括SPI怎么工作的,SPI设备在SCLK时钟的驱动下,在其上升沿或者下降沿时接收或者发送数据,实现数据传输的目的。
3.1 SPI的工作模式
在SPI中,有四种工作模式,可以根据时钟极性CPOL和时钟相位CPHA进行选择。在空闲状态期间,CPOL位设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时CS为高电平且在向低电平转变的期间,以及传输结束时CS为低电平且在向高电平转变的期间。CPHA位选择时钟相位,根据CPHA位的状态,使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位来确定工作模式。
如图 1为一主机和一从机的连接方式。其中SCLK时钟由主机发出,从机只能跟从主机的控制。MISO为主机的数据输入引脚,SDO为从机的数据输出引脚,在SCLK的控制下,数据一位一位地由从机的SDO引脚传送到主机的MISO引脚。MOSI为主机的输出引脚,SDI为从机的输入引脚,在SCLK的控制下,数据一位一位地由主机传送到从机。CS由主机控制,可以控制选中某一个从机与主机通讯,图 1为一主机一从机方式,其实可以将从机的CS引脚直接接到低电平表示常选中,那么就节省了CS引脚开支。
如图 2为模式0时的工作时序。在此模式下,当主机拉低CS电平时(黑色虚线),与其连接的从机被选中,该从机此时与主机进行通信。
当SCLK上升沿来临时(绿色虚线),主机读取来自从机输出的电平信号。
当SCLK下降沿时(蓝色虚线),主机送出一位数据,从机此时应当采集主机传输过来的信息。
在此时应当注意各个引脚上电平的持续时间,应当符合从机的要求。
3.2 SPI的数据传输
在SPI中,数据的接收和发送其实是同时进行的,只不过分别在一个脉冲的上升沿或(和)下降沿中进行。一般来说,在主机和从机中分别有一个移位寄存器,假如没有硬件的寄存器也可以用程序来虚拟一个移位寄存器。如图 3,当SCLK一个周期脉冲来临的时候,主机从移位寄存器的最高位(也可以设置为最低位)开始依次送出一个位的数据到从机移位寄存器的末尾,同时,从机也向主机发送一位数据到主机的移位寄存器的末尾。图中当SCLK发送8个脉冲之后,主机的移位寄存器和从机的移位寄存器中的数据就完全交换了一次,达到数据传输的目的。
在程序处理中,可以在通讯的过程中按照需求改变两机移位寄存器中的数值,或者选择是否读取对方移位寄存器中的数据。
4 SPI多机通信和编程
4.1一主机与多从机数据交换
(1) 主机与某一从机之间通信
当主机(master)与从机(slave)需要通信时,主机先将目标从机的CS引脚拉低,表示选中该从机,注意某一时刻只能与一个从机通信,也就是只能有一个从机的CS被拉低选中,再按照图 2类似的时序写程序,控制SCLK、MISO、MOSI引脚,读取从机数据或者向从机发送数据。
程序设计流程:
图 5为主机控制从机1在SPI 0模式下的一位数据(二进制0或者1)的收发程序流程。参照图 2,首先拉低从机1的片选信号,主机令SCLK引脚为低电平并保持要求的时间,之后主机令SCLK引脚为高电平,SCLK上升沿来到,此时从机的数据已经输入到主机的MISO引脚,主机将数据读入到一个变量里面。主机接着令MOSI引脚输出指定的电平信号,保持一定时间,再将SCLK引脚拉低,令SCLK产生下降沿,主机输出数据,这样就完成一位数据的收发流程。如果主机要与其他从机通信,只需要将其片选信号拉低,并将其余的片选信号拉高即可。
(2) 从机与从机之间的通信
从机与从机之间是不能进行直接通信的,但是可以这样,从机可以将数据传输到主机,再由主机将数据发送给目标从机,反之类似。控制器、电路板、自动化、软件开发定制,业务Q: 2531-263-726
4.2菊花链模式
菊花链模式避免了过多的CS引脚开支,将上一个设备的输出引脚(如SDO)与下一设备的输入引脚(如SDI)串联起来,数据在SCLK的控制下可以实现从上一个设备到下一个设备的流动循环传输。
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