SPI總線通俗易懂講解

1、SPI總線通俗易懂講解SPI總線MOTOROLA 公司的SPI總線的基本信號線為 3根傳輸線，即SI、SO、SCK。傳輸的速率由時鐘信號 SCK決定，SI為數據輸入、SO為數據輸出。采用SPI總線的系統(tǒng)如圖8-27所示，它包含了一個主片和多個從片，主片通過發(fā)出片選信號-CS來控制對哪個從片進行通信，當某個從片的-CS信號有效時，能通過 SI接收指令、數據，并通過SO發(fā)回數據。而未被選中的從片的 SO端處于高阻狀態(tài)。SCK3120SCK信號的同步下,SCK同步在SI線上圖8-27 SPI總線的系統(tǒng)主片在訪問某一從片時，必須使該從片的片選信號有效；主片在 通過SI線發(fā)出指令、地址信息；如需將數據輸

2、出，則接著寫指令，由 發(fā)出數據；如需讀回數據，則接著讀指令，由主片發(fā)出SCK，從片根據SCK的節(jié)拍通過SO 發(fā)回數據。因而對具有SPI接口的從片器件來講，SCK、SI是輸入信號，SO是輸出信號。SCK用 于主片和從片通信的同步。SI用于將信息傳輸到器件，輸入的信息包括指令、地址和數據， 指令、地址和數據的變化在 SCK的低電平期間進行，并由 SCK信號的上升沿鎖存。SO用于將信息從器件傳出，傳出的信息包括狀態(tài)和數據，信息在SCK信號的下降沿移出。Microch ip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了 SPI總線，該系列器件的性能如表8-2所示。表 8-2 Microchip公司的25X

3、X系列的串行E2PROM型號25XX04025XX08025XX16025XX3204K8K16K32K容量(512 X 8bit )(1024 X 8bit)(4096 X 8bit)(4096 X 8bit)地址信號A0A8A0A9A0A10A0A11以25XX320為例，該器件是4K字節(jié)的E2PROM，結構如圖 8-28所示，接口信號為SCK、SI 和SO,此外還具有-CS、-WP、-HOLD信號線。其中-CS為器件選中信號，當此信號為低電平時器件被選中，高電平時器件處于等待狀態(tài)。圖8-28 25XX320 的結構與并行接口電路不同的是， 在并行接口電路中對器件進行操作的控制信號,在串行

4、接口電路中只能用指令實現，25XX320的操作指令有數據讀指令、寫操作的允許和禁止指令、寫數據指令和狀態(tài)寄存器的讀寫指令。在器件的內部有一個8位的指令寄存器，在 SCK的上升沿，通過SI信號線，指令輸入到上述寄存器并被執(zhí)行。表8-3 25系列串行存儲器的指令指令名稱指令格式描述READ00000011從選定的地址開始讀存儲器數據WRITE00000010從選定的地址開始寫存儲器數據WRDI00000100禁止寫操作WREN00000110允許寫操作RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器器件的讀操作時序如圖 8-29所示。當-CS信號有效時，在SCK信號的同步下

5、，8位的讀指令送入器件，接著送入16位地址（由于25XX320只使用地址信號 A0A11 ，地址的高4位無效）。在讀指令和地址發(fā)出后，SCK繼續(xù)發(fā)出時鐘信號，此時存儲在該地址的數據由SCK控制從SO引腳移出。在每個數據移出后，內部的地址指針自動加1，如繼續(xù)對器件發(fā)送SCK信號，可讀出下一個數據。當地址指針計到0FFFH之后，將回到0000H。讀操作的結束由-CS信號變高實現。cs3CK0 12 3 4 5 6 7 3 910 11 21 22 2324 25 26 27 2E 2930 31 rwwuvmmrmrwwvwwin25XX系列的串行EEPROM的寫操作通過寫允許及禁止指令控制，寫操

6、作必須在器件處于寫允許狀態(tài)時進行。寫允許及禁止指令均為 8位的指令，指令的操作過程為：將-CS信號置為低電平，在SCK信號的作用下，通過 SI引腳輸入上述指令，在 8位的指令送入器件之后，將 -CS信號置為高電平，使器件鎖存于寫允許或寫禁止狀態(tài)。如在輸入寫允許指令后未將 -CS信號置為數據將不能寫入存儲器。在上電、器件的寫允許狀態(tài)將被復位，即處高電平，則寫允許狀態(tài)未鎖存，此時如直接進行寫操作, 寫禁止指令、寫狀態(tài)寄存器指令、寫數據指令執(zhí)行之后,于寫禁止狀態(tài)。寫操作通常在寫允許指令之后進行，其時序如圖8-30所示。在寫允許狀態(tài)鎖存后，將-CS變高；再將-CS變低，在SCK的同步下輸入寫操作指令并

7、送入16位地址，緊接著發(fā)送需寫入的數據，寫入的數據一次最多可達32個，但必須保證在同一頁內。一頁數據的地址從XXXXXXXX XXX0 0000開始，至U XXXX XXXX XXX1 1111 結束，當內部的地址指針計數器達到XXXX XXXX XXX11111后，繼續(xù)發(fā)送時鐘信號將使地址計數器回復到該頁的第cs A0 12 3 4 5 6 7 8 910112122 23 24 2526 27 28 2930 31現.JUWUVWWLTWL. JUULnTLnnJWVk指令Q Q Q Q C /iL數據字節(jié)- -高阻SO圖8-30 25系列串行存儲器的寫時序為了使數據有效寫入，-CS信號只

8、能在寫入數據的最后一個字節(jié)的最低位寫入后變高。如-CS信號在其他時間變高， 將無法保證數據的完整寫入。在寫操作的過程中， 能通過讀狀 態(tài)指令將狀態(tài)寄存器的內容讀回，當寫操作完成后，寫允許鎖存狀態(tài)將被復位。優(yōu)缺點SPI接口具有如下優(yōu)點:1)支持全雙工操作;2)操作簡單;3)數據傳輸速率較高。2)只支持單個主機。缺點:1)需要占用主機較多的口線（每個從機都需要一根片選線）；3)沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。如果還是看不懂，那就再通俗點。SPI總線協(xié)議介紹一、技術性能SPI接口是Motorola首先提出的全雙工三線同步串行外圍接口,采用主從模式(Masterslave )架構；支

9、持多 slave模式應用，一般僅支持單Master。時鐘由 Master控制，在時鐘移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后(MSBfirst)； SPI 接口有2根單向數據線，為全雙工通信，目前應用中的數據速率可達幾Mbps的水平?？偩€結構如下圖所示。SCK MOSI M1S0SCKM0S1MISOSCK MOSI MISO外圍器件FSCK MOSI MISO外圍器件TSCK MOSI MISO 外圍器件CSCSI/O MCU1/0 (±):I/OI/OMCU(從)二、接口定義SPI接口共有4根信號線，分別是：設備選擇線、時鐘線、串行輸出數據線、串行輸入數據線。(1 )MOSI

10、 :主器件數據輸出，從器件數據輸入(2)MISO :主器件數據輸入，從器件數據輸出SCLK :時鐘信號，由主器件產生/SS :從器件使能信號，由主器件控制三、內部結構MASTERI 1 ii ii f "i 9 h os « SWViEii, MISO-MOSIMISO；hlOSII：8&Shift R 卻崗 er1 SCLKSCLK：1I1111SPI CLOCK111Genera,or«'1*p111V四、時鐘極性和時鐘相位在SPI操作中，最重要的兩項設置就是時鐘極性（CPOL或UCCKPL ）和時鐘相位（CPHA 或UCCKPH ）。時鐘極性

11、設置時鐘空閑時的電平，時鐘相位設置讀取數據和發(fā)送數據的時 鐘沿。主機和從機的發(fā)送數據是同時完成的，兩者的接收數據也是同時完成的。所以為了保證主從機正確通信，應使得它們的SPI具有相同的時鐘極性和時鐘相位。SPI接口時鐘配置心得：在主設備這邊配置SPI接口時鐘的時候一定要弄清楚從設備的時鐘要求，因為主設備這邊的時鐘極性和相位都是以從設備為基準的。因此在時鐘極性的配置上一定要搞清楚從設備是在時鐘的上升沿還是下降沿接收數據,是在時鐘的下降沿還是上升沿輸出數據。五、傳輸時序SPI接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器，傳輸的數據為8位，在主器件產生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。如下圖所示，在SCLK 的下降沿上數據改變，上升沿一位數據被存入移位寄存器。卜用護 Mm2五、數據傳輸在一個SPI時鐘周期內，會完成如下操作:1位數據;1）主機通過MOSI線發(fā)送1位數據，從機通過該線讀取這這是通過移位寄存器來實現的。如下圖所示，主機和從機各有一個移