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SPI串行接口/總線

作者：時間：2016-12-15 來源：網(wǎng)絡(luò)

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SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規(guī)范，常作為單片機外設(shè)芯片串行擴展接口。SPI有4個引腳：SS(從器件選擇線)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出線)、SDI(串行數(shù)據(jù)輸入線)和SCK(同步串行時鐘線)。SPI可以用全雙工通信方式同時發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù)，過程如下：主機啟動發(fā)送過程，送出時鐘脈沖信號，主移位寄存器的數(shù)據(jù)通過SDO移入到從移位寄存器，同時從移位寄存器中的數(shù)據(jù)通過SDI移人到主移位寄存器中。8(16)個時鐘脈沖過后，時鐘停頓，主移位寄存器中的8(16)位數(shù)據(jù)全部移人到從移位寄存器中，隨即又被自動裝入從接收緩沖器中，從機接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。同理，從移位寄存器中的8位數(shù)據(jù)全部移入到主寄存器中，隨即又被自動裝入到主接收緩沖器中．主接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測到主接收緩沖器的滿標志位或者中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)。同樣，從CPU檢測到從接收緩沖器滿標志位或中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)，這樣就完成了一次相互通信過程。這里設(shè)置dsPIC30F6014為主控制器，ISD4002為從器件，通過SPI口完成通信控制的過程。

SPI總線協(xié)議

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/330358.htm

SPI是一個環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由ss（cs）、sck、sdi、sdo構(gòu)成，其時序其實很簡單，主要是在sck的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數(shù)據(jù)交換。
假設(shè)下面的8位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù)10101010，上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。
那么第一個上升沿來的時候數(shù)據(jù)將會是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到來的時候，sdi上的電平將所存到寄存器中去，那么這時寄存器=0101010sdi，這樣在 8個時鐘脈沖以后，兩個寄存器的內(nèi)容互相交換一次。這樣就完成里一個spi時序。
例子：
假設(shè)主機和從機初始化就緒：并且主機的sbuff=0xaa，從機的sbuff=0x55，下面將分步對spi的8個時鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍:假設(shè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)

脈沖	主機sbuff	從機sbuff	sdi	sdo
0	10101010	01010101	0	0
1上	0101010x	1010101x	0	1
1下	01010100	10101011	0	1
2上	1010100x	0101011x	1	0
2下	10101001	01010110	1	0
3上	0101001x	1010110x	0	1
3下	01010010	10101101	0	1
4上	1010010x	0101101x	1	0
4下	10100101	01011010	1	0
5上	0100101x	1011010x	0	1
5下	01001010	10110101	0	1
6上	1001010x	0110101x	1	0
6下	10010101	01101010	1	0
7上	0010101x	1101010x	0	1
7下	00101010	11010101	0	1
8上	0101010x	1010101x	1	0
8下	01010101	10101010	1	0

這樣就完成了兩個寄存器8位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對于主機而言的。其中ss引腳作為主機的時候，從機可以把它拉底被動選為從機，作為從機的是時候，可以作為片選腳用。根據(jù)以上分析，一個完整的傳送周期是16位，即兩個字節(jié)，因為，首先主機要發(fā)送命令過去，然后從機根據(jù)主機的名準備數(shù)據(jù)，主機在下一個8位時鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來

SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO;用于 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù);可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發(fā)送結(jié)束中斷標志;寫沖突保護;總線競爭保護等。圖3示出SPI總線工作的四種方式，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式(實線表示):

圖2SPI總線四種工作方式

SPI總線接口及時序
SPI 模塊為了和外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時鐘相位和極性應該一致。SPI總線接口時序如圖所示。

SPI功能模塊的設(shè)計

根據(jù)功能定義及SPI的工作原理，將整個IP Core分為8個子模塊：uC接口模塊、時鐘分頻模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)FIFO模塊、接收數(shù)據(jù)FIFO模塊、狀態(tài)機模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)邏輯模塊、接收數(shù)據(jù)邏輯模塊以及中斷形式模塊。

深入分析SPI的四種傳輸協(xié)議可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)一種協(xié)議，只要對串行同步時鐘進行轉(zhuǎn)換，就能得到其余的三種協(xié)議。為了簡化設(shè)計規(guī)定，如果要連續(xù)傳輸多個數(shù)據(jù)，在兩個數(shù)據(jù)傳輸之間插入一個串行時鐘的空閑等待，這樣狀態(tài)機只需兩種狀態(tài)（空閑和工作）就能正確工作。

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