SPI通信方式介紹

SPI總線通信電路設計由于SPI(setialperipheralinterface)總線占用的接口線少，通信效率高，并且支持大局部處理器芯片，因而是一種抱負的選擇。SPI是利用4根信號線進展通信的串行接口協(xié)4個接口信號為：串行數(shù)據(jù)輸入(MISO，主設備輸入、從設備輸出)、串行數(shù)據(jù)輸出(MOSI，主設備輸出、從設備輸入)、移位時鐘(SCK)、低電平有效的從設備使能信號(cs)SPI最大的特點是由主設備時鐘信號的消滅與否來確定主／從設備間的通信。一旦檢測到主設備的時鐘信號，數(shù)據(jù)開頭傳輸。從機的角色是固定不變的，并且只有一個從機，因此，可以將主機的麗端接高電平，將從機SS端固定接地。圖1全雙工主機／從機連接方法本系統(tǒng)承受的是由兩個單片機相互連接構(gòu)成多主機通信系統(tǒng)I主設備負責產(chǎn)生系統(tǒng)SPISPI設各都承受一樣的接口方式，可以通過調(diào)整處理器內(nèi)部存放器轉(zhuǎn)變時鐘的極性和相位。由于SPI器件并不愿定遵循同一標準，比方EEPROMDACADCSPI接口的時序都有所不同，為了能夠滿足不同的接口需要，承受時鐘的極性和相位可配就能夠調(diào)整SPi的通信時序。SPI設各傳輸數(shù)據(jù)過程中總是先發(fā)送或接收高字節(jié)數(shù)據(jù)移1位數(shù)據(jù)。對于小于16位的數(shù)據(jù)在發(fā)送之前必需左對齊，假設接收的數(shù)據(jù)小于16位則承受輸。多數(shù)具有SPI接口的存儲芯片就以這種方式工作。在這種傳輸方式下，從機的片選端必需在整個傳輸過程中保持低電平。此時，一次傳輸可能會涉及到成千上萬字節(jié)的信息，而不必在每個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送的前后都去檢測其起始位和完畢位異步傳輸方式的緣由所在。SPI牢靠傳輸距離只有是1—3m。SPI承受的是單端非平衡的傳輸方式，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的電壓錯誤。在這種條件下，信號傳輸就變得毫無意義了。另外，由于單端非平衡傳輸方式以公共通常承受平衡傳輸(balancedtransmission)RS-422。SPI(setialperipheralinterface)總線占用的接口線少，通信效率高，并且支持大局部處理器芯片，因而是一種抱負的選擇。SPI是利用4根信號線進展通信的串行接口協(xié)議，包括主／從兩種模式。4個接口信號為：串行數(shù)據(jù)輸入(MISO，主設備輸入、從設備輸出)(MOSI)(SCK)、低電平有效的從設備使能信號(cs)。SPI最大的特點是由主設備時鐘信號的消滅與否來確定主／從設備間的通信。一旦檢測到主設備的時鐘信號，數(shù)據(jù)開頭傳輸。名目SPI工作方式簡介SPI的數(shù)據(jù)傳輸SPI用戶規(guī)律SPI根本原理與構(gòu)造SPI工作方式簡介SPI是由美國摩托羅拉公司最先推出的一種同步串行傳輸標準片串行擴展接口。SPI模式可以允許同時同步發(fā)送和接收8位數(shù)據(jù)，并支持4種工作方式：RC5／SDO引腳；RC4／SDI／SDA引腳；RC3／SCK／SCL引腳；從動方式選擇，對應RA5／SS／AN4引腳。SPI模式下與之相關的存放器有10個，其中4I2C模式共用的。圖1所示是由一個主機對接一個從機進展全雙工通信的系統(tǒng)構(gòu)成的方式。在該系統(tǒng)中，SS端固定接地。圖1全雙工主機／從機連接方法SPISPI接口的外圍芯片，可以在軟件的把握下，構(gòu)成多種簡潔或者簡潔的應用系統(tǒng)，例如以下3種。一個主機和多個從器件的通信系統(tǒng)。如圖2所示，各個從器件是單片機的外圍擴展芯片，它們的片選端SS分別獨占單片機的一條通用I／O引腳，由單片機分時選通它們建立通信。這樣省去了單片機在通信線路上SS端接地即可。圖2一個主機擴展多個外圍器件幾個單片機相互連接構(gòu)成多主機通信系統(tǒng)。圖3所示為3個既可以當做主機也可以當做從機的單片機組成的系統(tǒng)。圖3多主機通信系統(tǒng)連接方法主機、從機和從器件共同組成的應用系統(tǒng)。圖4所示為一個主機、一個從機和多片外設芯片組成的應用系統(tǒng)。這些外設芯片有的只接收來自單片機信息，有的只向單片機供給信息，還有的既接收也發(fā)送信息。圖4主機、從機和從器件互連SPI的數(shù)據(jù)傳輸SPISPISPI設各都承受一樣的接口方式，可以通過調(diào)整處理器內(nèi)部存放器轉(zhuǎn)變時鐘的極性和相位。由于SPI器件并不愿定遵循同一標準，比方EEPROM、DAC、ADC、實時時鐘及溫度傳感器等器件的SPI接口的時序都有所不同，為了能夠滿足不同的接口需要，承受時鐘的極性和相位可SPi的通信時序。SPI設各傳輸數(shù)據(jù)過程中總是先發(fā)送或接收高字節(jié)數(shù)據(jù)左移1位數(shù)據(jù)。對于小于16位的數(shù)據(jù)在發(fā)送之前必需左對齊，假設接收的數(shù)據(jù)小于16位則承受軟件將無效的數(shù)據(jù)位屏蔽，如圖1所示。SPIMASTER／SLAVE位〔SPICTL．2〕選擇操作SPICLK信號的來源，如圖2所示。圖1SPI通信數(shù)據(jù)格式圖2SPI主把握器／從把握器的連接SPI用戶規(guī)律SPI-4接口沒來說明用戶規(guī)律的設計技巧。SinkCore的用戶規(guī)律FIFO依據(jù)端口的地址等來分別緩存用戶FIFOSP14數(shù)據(jù)接口，如圖1所示。圖1SinkCeore兩個端口的用戶規(guī)律SourceCore的用戶規(guī)律當端口為兩個時，用戶規(guī)律就需要依據(jù)流控信息和兩個不同的FffiOffJ狀況來做仲裁，F(xiàn)IFOSPI4數(shù)據(jù)接口，如圖2所示。圖2SourceCore2個端口的用戶規(guī)律SPI根本原理與構(gòu)造串行外圍設備接口(SPI)Motorola公司開發(fā)的、用來在微把握器和外圍設備芯片之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的低本錢、易使用接口。與標準的串行接口不同，SPI是一個同步協(xié)議接口，全雙工通信，全部的傳輸都參照一個共同的時鐘，這個同步時鐘信號由主機產(chǎn)生。接收數(shù)據(jù)的外設使用時鐘對串行比特流的接收進展同步化。其傳輸速度可達幾Mb/s。SPI4MISO(主機輸入/從機輸出)、MOSI(主機輸出/從機輸入)、SCLK(串行時鐘)、或(外設片選或從機選擇)。MISO信號由從機在主機的把握下產(chǎn)生。

信號用于制止或使能外設的收發(fā)功能。為高電尋常，制止外設接收和發(fā)送數(shù)據(jù)； 為低電尋常，允許外設接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。圖1所示是微處理器通過SPI與外設連接的示意圖。主機和從機都有一個串行移位存放器，主機通過向它的SPI串行存放器寫入一個字節(jié)來發(fā)起一次傳輸。存放器通過MOSI信號線將字節(jié)傳送給從機，從機也將自己的移位存放器中的內(nèi)容通過MISO信號線返回給主機(如圖2所示)。這樣，兩個移位存放器中的內(nèi)容就被交換。外設的寫操作和讀操作是同步完成的。就必需發(fā)送一個空字節(jié)來引發(fā)從機的傳輸。當主機發(fā)送一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流時，有些外設能夠進展多字節(jié)傳輸。多數(shù)具有SPI接口的的前后都去檢測其起始位和完畢位，這正是同步傳輸方式優(yōu)于異步傳輸方式的緣由所在。雖然SPISPI竄到信號中，形成噪聲干擾。所以，為了解決抗干擾問題，通常承受平衡傳輸(balancedtransmission)方式，這里承受比較常見的RS-422。RS-422簡介RS-422標準是RS-232的改進型，全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。它使用兩根RS-422RS-232、SPI等非平衡傳輸方式。其最大傳輸距離約1200m，最大傳輸速度可達10Mb/s。但是由于線路過長造成損耗，其傳輸速率會隨著距離的增加而下降。3RS-422D通過雙絞線和接收器R端的電阻Rt300m以下的短距離傳輸中可以不接該電阻。RS-42210個，即一個主設備、10個從設備，從設備之間不能通信[8]。RS-422支持一點對多點的雙向通信。由于它的接口承受過軟件方式或硬件方式實現(xiàn)。RS-4224V～12V之間。其規(guī)律電平定義為：在發(fā)送端，以雙絞線之間電壓差為＋2V～＋6V1，以－2V～－6V0；在接收端，雙絞線之200mV1，小于－200mV0。S3C2450XSPI接口S3C2450XSAMSUNG公司最近推出的一款高性能、低功耗16/32bitRISC處理器，其最高主頻可達533MH400MHARM926EJMMAMBA16KB指令Cache16KB數(shù)據(jù)Cache，每個Cache都由8NANDFlashBootloader、系統(tǒng)治理器、PLL時鐘發(fā)生器、PWM定時器、8通道DMA和多種接口把握器高了系統(tǒng)的牢靠性。S3C2450X2個高速SPI28/16/32bit的移位存放器分別用于發(fā)送(TxFIFO)和接收(RxFIFO)數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SPI發(fā)送數(shù)據(jù)存放器〔HS_SPI_Tx_DATA〕中，數(shù)據(jù)會被自動移入TxFIFO；在接收數(shù)據(jù)時，為了從RxFIFO中讀出數(shù)據(jù)，CPU訪問SPI數(shù)據(jù)接收存放器〔HS_SPI_Rx_DATHS_SPI_Rx_DATA中。S3C2450XSPI接口支持主模式和從模式兩種傳輸方式。在主模式下，同步時鐘SPICLKS3C2450X產(chǎn)生并傳輸給外圍設備。此時，通過設置時鐘配置存放器(Clk_CFG)可以調(diào)整同步時鐘SPICLKSPI3PCLK，外部時鐘源Epllclock和USBCLK。其同步時鐘計算公式為：同步時鐘頻率＝f/[2×(預分頻值＋1)]其中f是所選時鐘源的頻率，預分頻值的取值范圍是0～255。假設取f＝400MHz，則同步時200MHz200Mb/s。但由于受到內(nèi)部存放器和外會引起傳輸錯誤，所以其實際數(shù)據(jù)傳輸率不會很高，一般只有幾Mb/s。轉(zhuǎn)換電路設計由于RS-422承受的電平與SPI不同，所以必需使用電平轉(zhuǎn)換芯片。這里承受MAXIM公司MAX3088[10]RS-42210Mb/s8個引腳：5號引腳為電源引腳，8號引腳為接地引腳，6號(A)、7號(B)是差分信號引腳。其他幾個引腳分別為：1(RO)是接收器輸出；2是接收器輸出訪能，3(DE)是驅(qū)動器輸出訪能，4(DI)只需將和DE1，此時，假設輸入DI1，則輸出的A1，B0；假設DI0，則A0，B1。它與S3C2450X4所示。4中將S3C2450XSPICLK0SPIMOSI02MAX3088的DI引腳上，DERE5V直流電源，AB為差分信號對輸出，C1、C2為旁路電容。由于只使用SPI的發(fā)送功能，所以無視了SPIMISO0引腳。接口電路調(diào)試由于RS-422只是規(guī)定了電壓標準而無具體實現(xiàn)細節(jié)，所以接口的軟件調(diào)試主要是對S3C2450XSPI模塊進展設置。其具體編程步驟如下：(1)SPI配置存放器CH_CFG設置數(shù)據(jù)傳輸格式。(2)設置時鐘配置存放器Clk_CFG，打算同步時鐘頻率。SPI模式存放器MODE_CFG，包括傳送數(shù)據(jù)的單位以及是否啟用DMA模式等。(4)設置中斷使能存放器，包括是否響應FIFO溢出以及為空時所產(chǎn)生的中斷等。通過設置CH_CFG中的RxChOn和TxChOn翻開數(shù)據(jù)傳輸通道。發(fā)送數(shù)據(jù)，檢查發(fā)送預備好標志〔 TxFifoRdy＝1，然后寫數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)發(fā)送存放TX_DATA。接收數(shù)據(jù)，檢查接收預備好標志RxFifoRd＝1，接著數(shù)據(jù)接收存放器RX_DATA從讀緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)，之后從R