SPI通信协议

    xiaoxiao2024-11-10  71

    1、什么是SPI?

    SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是 Motorola 公司推出的一 种同步串行接口技术,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。

    2、SPI优点 支持全双工通信 通信简单 数据传输速率块

    3、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,所以跟IIC总线协议比较在数据 可靠性上有一定的缺陷。

    4、特点 1):高速、同步、全双工、非差分、总线式 2):主从机通信模式

    5、协议通信时序详解 1):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)、SCLK(时钟)、CS(片选)。 (1)SDO/MOSI – 主设备数据输出,从设备数据输入; (2)SDI/MISO – 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/SS – 从设备使能信号,由主设备控制。当有多个从设备的时候,因为每个从设 备上都有一个片选引脚接入到主设备机中,当我们的主设备和某个从设备通信时将需 要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。

    2):需要说明的是,我们SPI通信有4种不同的模式,不同的从设备可能在出厂是就是配 置为某种模式,这是不能改变的;但我们的通信双方必须是工作在同一模式下,所以我们 可以对我们的主设备的SPI模式进行配置,通过CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)来 控制我们主设备的通信模式,具体如下: Mode0:CPOL=0,CPHA=0 Mode1:CPOL=0,CPHA=1 Mode2:CPOL=1,CPHA=0 Mode3:CPOL=1,CPHA=1 时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态,时钟相位CPHA 是用来配置数据采样是在第几个边沿: CPOL=0,表示当SCLK=0时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于高电平时 CPOL=1,表示当SCLK=1时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于低电平时 CPHA=0,表示数据采样是在第1个边沿,数据发送在第2个边沿 CPHA=1,表示数据采样是在第2个边沿,数据发送在第1个边沿 例如: CPOL=0,CPHA=0:此时空闲态时,SCLK处于低电平,数据采样是在第1个边沿,也就是 SCLK由低电平到高电平的跳变,所以数据采样是在上升沿,数据发送是在下降沿。

    CPOL=0,CPHA=1:此时空闲态时,SCLK处于低电平,数据发送是在第1个边沿,也就是 SCLK由低电平到高电平的跳变,所以数据采样是在下降沿,数据发送是在上升沿。

    CPOL=1,CPHA=0:此时空闲态时,SCLK处于高电平,数据采集是在第1个边沿,也就是 SCLK由高电平到低电平的跳变,所以数据采集是在下降沿,数据发送是在上升沿。

    CPOL=1,CPHA=1:此时空闲态时,SCLK处于高电平,数据发送是在第1个边沿,也就是 SCLK由高电平到低电平的跳变,所以数据采集是在上升沿,数据发送是在下降沿。

    需要注意的是:我们的主设备能够控制时钟,因为我们的SPI通信并不像UART或者IIC通信 那样有专门的通信周期,有专门的通信起始信号,有专门的通信结束信号;所以我们的 SPI协议能够通过控制时钟信号线,当没有数据交流的时候我们的时钟线要么是 保持高电平要么是保持低电平。

    6、内部工作机制

     SSPSR 是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register). 它的主要作用是根据 SPI 时钟信号状态, 往 SSPBUF 里移入或者移出数据, 每次移动的数据大小由 Bus-Width 以 及 Channel-Width 所决定.

    7.3线SPI的用法 有些外设只有三根 SPI 总线,一根 CS,一根 CLK,一根 MOSI/MISO,就是数据的输入和输出是同一个数据线。这样的外设如何使用普通的MCU内置的SPI来驱动呢?

    其实很简单,改一下电路就OK。即在MCU的 SPI_MOSI(数据输出口) 上接 4.7K 的电阻,SPI_MISO(数据输入口)接 1K 的电阻,然后两个电阻的另一端连到一起,再与外设的数据口相连。软件中设置成读写分离就可以了。 8.内部结构 SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位,在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。如下图所示,在SCLK的下降沿上数据改变,上升沿一位数据被存入移位寄存器。 SPI接口没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。

    9.总结发送或接收数据的位操作

    // Send------------(Lsb-Msb)

    SDIO = data & 0X01; data >>= 1;

    //------------(Msb-Lsb) SDIO = data >> 7; data <<= 1;

    // Recv ------------(Lsb Msb) data1 = SDIO; data = (data >> 1) | (data1 << 7);

    // ------------(Msb Lsb) data <<= 1; //data初值为0 data |= SDIO;

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