下面是小编为大家整理的SPI协议,供大家参考。
SPI
2009-10-09 20:35:54|
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一 SPI 协议概括 SPI,是英语 Serial Peripheral interface 的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola 首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 接口主要应用在 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。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为 PCB 的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如 AT91RM9200. SPI 的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少 4 根线,事实上 3 根也可以(单向传输时)。也是所有基于 SPI 的设备共有的,它们是 SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)。
(1)SDO
– 主设备数据输出,从设备数据输入 (2)SDI
– 主设备数据输入,从设备数据输出 (3)SCLK
– 时钟信号,由主设备产生 (4)CS
– 从设备使能信号,由主设备控制 其中 CS 是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个 SPI 设备成为可能。
接下来就负责通讯的 3 根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道 SPI 是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是 SCK 时钟线存在的原因,由 SCK 提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO 线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少 8 次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成 8 位数据的传输。
要注意的是,SCK 信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于 SPI 的设备中,至少有一个主控设备。这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少 8 位数据,而 SPI 允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为 SCK 时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对 SCK 时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI 还是一个数据交换协议:因为 SPI 的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的 SPI 设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。
在点对点的通信中,SPI 接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。在多个从设备的系统中,每个从设备需要独立的使能信号,硬件上比 I2C 系统要稍微复杂一些。
最后,SPI 接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。
AT91RM9200 的 SPI 接口主要由 4 个引脚构成:SPICLK、MOSI、MISO 及 /SS,其中 SPICLK 是整个 SPI 总线的公用时钟,MOSI、MISO 作为主机,从机的输入输出的标志,MOSI 是主机的输出,从机的输入,MISO 是主机的输入,从机的输出。/SS 是从机的标志管脚,在互相通信的两个 SPI 总线的器件,/SS 管脚的电平低的是从机,相反/SS 管脚的电平高的是主机。在一个 SPI 通信系统中,必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从,单主多从,互为主从。
SPI 的片选可以扩充选择 16 个外设,这时 PCS 输出=NPCS,说 NPCS0~3 接 4-16 译码器,这个译码器是需要外接 4-16 译码器,译码器的输入为 NPCS0~3,输出用于 16 个外设的选择。
二 SPI 协议举例 SPI 是一个环形总线结构,由 ss(cs)、sck、sdi、sdo 构成,其时序其实很简单,主要是在 sck 的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。
假设下面的 8 位寄存器装的是待发送的数据 10101010,上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。
那么第一个上升沿来的时候 数据将会是 sdo=1;
寄存器=0101010x。下降沿到来的时候,sdi上的电平将所存到寄存器中去,那么这时寄存器=0101010sdi,这样在 8 个时钟脉冲以后,两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个 spi 时序。
举例:
假设主机和从机初始化就绪:并且主机的 sbuff=0xaa,从机的 sbuff=0x55,下面将分步对 spi的 8 个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据:
脉冲 主机 sbuff 从机 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
这样就完成了两个寄存器 8 位的交换,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo 相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候,从机可以把它拉底被动选为从机,作为从机的是时候,可以作为片选脚用。根据以上分析,一个完整的传送周期是 16 位,即两个字节,因为,首先主机要发送命令过去,然后从机根据主机的名准备数据,主机在下一个 8 位时钟周期才把数据读回来!!