spi协议规范

原发布者:gxlhappyaaa

一、概述.SPI,SerialPerripheralInterface,串行外围设备,是Motorola公司推出种同步串行接口技术.SPI在物理上是通过外围设备微控制器(PICmicro)上面的微处理控制单元(MCU)上叫作同步串行端口(SynchronousSerialPort)的模块(Module)来实现的,它允许MCU以全双工的同步串行方式,与各种外围设备进行高速数据通信.SPI主要应用在EEPROM,Flash,实时时钟(RTC),数模转换器(ADC),数字信号处理器(DSP)以及数字信号解码器之间.它在芯片中只占用四根管脚(Pin)用来控制以及数据传输,节约了芯片的pin数目,同时为PCB在布局上节省了空间.正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片上都集成了SPI技术.二、特点1.采用主-从模式(Master-Slave)的控制方式SPI规定了两个SPI设备之间通信必须由主设备(Master)来控制次设备(Slave).一个Master设备可以通过提供Clock以及对Slave设备进行片选(SlaveSelect)来控制多个Slave设备,SPI协议还规定Slave设备的Clock由Master设备通过SCK管脚提供给Slave设备,Slave设备本身不能产生或控制Clock,没有Clock则Slave设备不能正常工作.2.采用同步方式(Synchronous)传输数据Master设备会根据将要交换的数据来产生相应的时钟脉冲(ClockPulse),时钟脉冲组成了时钟信号(ClockSignal),时钟信号通过时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)控制着两个SPI设备SPI的通信原理很简它以主从方式工这种模式通常有一个主和一个个从设备,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。I2C总线  I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代,最初为音频和视频设备开发,如今主要在服务器管理中使用,其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。
  1 I2C总线特点
  I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上,因此I2C总线占用的空间非常小,减少了电路板的空间和芯片管脚的数量,降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺,并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是,它支持多主控(multimastering), 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然,在任何时间点上只能有一个主控。
  2 I2C总线工作原理
  2.1 总线的构成及信号类型
  I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作,所以每个电路和模块都有唯一的地址,在信息的传输过程中,I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器),又是发送器(或接收器),这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分,地址码用来选址,即接通需要控制的电路,确定控制的种类;控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样,各控制电路虽然挂在同一条总线上,却彼此独立,互不相关。
  I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。
  开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。
  结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
  应答信号:接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障。8
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