嵌入式系統(tǒng)原理學生課件-2014 .第8章

第八章SPI總線8、SPI（SerialPeripheralInterface）8.1SPI概述并行總線簡單高效，易于實現(xiàn)，但是由于引腳數(shù)較多，不利于縮小整個系統(tǒng)的體積，在高速傳輸時串擾情況嚴重，在模塊數(shù)量較多時總線的復雜性大大增加，甚至能占據(jù)整個系統(tǒng)成本的1/4或更多。為了解決上述問題，在集成電路工藝技術(shù)的支持下，板級串行總線走上歷史舞臺，代替并行總線實現(xiàn)目標板上模塊間的互聯(lián)，如SPI、I2C、USB、1-Wire、QSPI、Microwire、SMBus等。它們的共同點就是連接線數(shù)量很少，算上電源線和地線通常為2-4根，其中信號線上的數(shù)據(jù)傳輸普遍采用串行比特流傳輸，發(fā)送方和接收方內(nèi)部的收發(fā)器電路會完成并行數(shù)據(jù)和串行比特流之間的轉(zhuǎn)換。串行外設(shè)接口總線（SPI）最早由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（Master-Slave）架構(gòu)， 支持一個或多個Slave設(shè)備，首先出現(xiàn)在其M68系列單片機中。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.1SPI概述①②③④串行時鐘線（SCK）主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線（MISO）主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）低電平有效從機選擇線CS。時鐘信號由Master給出，并驅(qū)動Slave遵從Master的步調(diào)接收和發(fā)送比特數(shù)據(jù)。傳輸字節(jié)時可選擇“高位在前，低位在后（MSBfirst）”，也可選擇“低位在 前，高位在后（MSBfirst）”兩根數(shù)據(jù)線同時工作，實現(xiàn)全雙工通信，通信速率較高，可達5Mbps甚至更高。

P292表8-18SPI（SerialPeripheralInterface）8.2SPI工作原理（1）1:1主從式架構(gòu)

SCLXMOSIMISO SSSlaveSlaveMaster

SCLKMasterSDO SDI SSSCLK SDI SDO SS8SPI（SerialPeripheralInterface）8.2SPI工作原理（2）1:n主從式架構(gòu)

SCLKMOSIMISO SS1 SS2 SS3SPIMasterSCLKMOSIMISOSSSCLKMOSIMISOSSSCLKMOSIMISOSSSlaven1Slaven2Slaven38SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPISTM32的SPI模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)對外有4根引腳。其中，NSS：從選擇。①與SPI原理中陳述的SS不同，STM32的NSS腳可以用做輸入（硬件模式）和輸出。②如果NSS由軟件管理，則不用該引腳。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（1）時鐘的相位與極性：

CPOL（時鐘極性）位用于配置在沒有數(shù)據(jù)傳輸時時鐘的空閑狀 態(tài)電平。①②CPOL=0，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持低電平；CPOL=1，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持高電平。CPHA（時鐘相位）：①②CPHA=0，SCK時鐘的第一邊沿(CPOL位為0時就是下降沿，CPOL位為1時就是上升沿)進行數(shù)據(jù)位采樣。數(shù)據(jù)在第二個時鐘邊沿被鎖存；CPHA=1，從設(shè)備將在SCK時鐘的第二個邊沿(CPOL位為0時就是下降沿，CPOL位為1時就是上升沿)進行數(shù)據(jù)位的采樣，數(shù)據(jù)在第一個時

鐘邊沿被鎖存。注意：在改變CPOL/CPHA位之前，必須先清除SPE位將SPI禁止以 避免數(shù)據(jù)毛刺。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（2）數(shù)據(jù)幀格式：STM32的SPI模塊支持MSB/LSB選擇和8/16位選擇。SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位可用于控制輸出數(shù)據(jù)位時MSB在先還是LSB在先，DFF位可以選擇數(shù)據(jù)幀是8位還是16位。（3）CRC校驗：CRC校驗是為了保證通信的可靠性。數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收分別使用單獨的CRC計算器。通過對每一個接收位進行可編程的多項式運算來計算CRC。CRC的計算是在由SPI_CR1寄存器中CPHA和CPOL位定義的采樣時鐘邊沿進行的。STM32的SPI接口提供了兩種CRC計算方法，取決于所選的發(fā)送和/或接收的數(shù)

據(jù)幀格式：8位數(shù)據(jù)幀采用CR8；16位數(shù)據(jù)幀采樣CRC16-CCITT。CRC計算可通過設(shè)置SPI_CR1寄存器中的CRCEN位啟用。設(shè)置CRCEN位時同時復位。在全雙工模式下，CRC驗證可自動進行，但在單工模式下，CRC驗證需接收方軟件實現(xiàn)。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（4）標志位：①②③④⑤Busy發(fā)送/接收緩沖器空閑TXE/RXNE模式錯誤MODF溢出OVRCRC錯誤CRCEREE（5）中斷：使能控制位TXEIERXNEIEERRIE中斷事件發(fā)送緩沖器空標志接收緩沖器非空標志主模式錯誤事件溢出錯誤CRC錯誤標志事件標志TXERXNEMODFOVRCRCEREE8SPI（SerialPeripheralInterface）?8.3STM32F10xSPI（6）SPI功能設(shè)置寄存器