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標(biāo)題: SPI協(xié)議信號(hào)解析 [打印本頁]

作者: wowo2018 時(shí)間: 2018-12-4 17:30
標(biāo)題: SPI協(xié)議信號(hào)解析

SPI通信協(xié)議

一 SPI協(xié)議概述

SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳。SPI以主從方式工作模式被廣泛應(yīng)用于電路系統(tǒng)中，本文作者結(jié)合自己的項(xiàng)目情況對(duì)SPI協(xié)議進(jìn)行解析，并通過LOTO虛擬示波器采集到的數(shù)據(jù)波形并進(jìn)行對(duì)比分析，方便大家的理解。

SPI通信協(xié)議一般只需要四根線將主控芯片與從芯片連接起來，其中四根線分別為：

（1）SDO – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入

（2）SDI – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出

（3）SCLK – 時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生

（4）CS – 從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制

其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)（高電位或低電位），對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。

實(shí)際應(yīng)用中只需要三根線來進(jìn)行通信。在SPI是串行通訊協(xié)議下，數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹＿@就是SCLK時(shí)鐘線存在的原因，由SCLK提供時(shí)鐘脈沖，SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO線在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，完成一位數(shù)據(jù)傳輸。輸入也使用同樣原理。在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)）的傳輸。下面是項(xiàng)目中所涉及的SPI通信協(xié)議的時(shí)序圖為16位數(shù)據(jù)。采用LOTO的OSC802采集到的對(duì)應(yīng)波形如下圖所示。

要注意的是，SCLK信號(hào)線只由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制信號(hào)線。同樣，在一個(gè)基于SPI的設(shè)備中，至少有一個(gè)主控設(shè)備。這樣傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送，甚至允許暫停。當(dāng)沒有時(shí)鐘跳變時(shí)，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。主設(shè)備通過對(duì)SCLK時(shí)鐘線的控制可以完成對(duì)通訊的控制。因?yàn)镾PI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨(dú)立，所以允許同時(shí)完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的SPI設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式有所不同，主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時(shí)間不同，在時(shí)鐘信號(hào)上沿或下沿采集有不同定義。

SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，簡單高效。硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。由于SPI沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。

二 SPI協(xié)議舉例
在自己的項(xiàng)目中只用到數(shù)據(jù)輸出模式，因此SPI可串行3線方式進(jìn)行通信:一條時(shí)鐘線SCLK，一條輸出控制線CS，一條數(shù)據(jù)輸出線SDO;

SPI 模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（CPOL）對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果 CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)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(shí)鐘的第二個(gè)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)備時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。

三 SPI協(xié)議心得

主設(shè)備配置SPI接口時(shí)鐘的時(shí)要弄清楚從設(shè)備的時(shí)鐘要求，因?yàn)橹髟O(shè)備的時(shí)鐘極性和相位都是以從設(shè)備為基準(zhǔn)的。因此在時(shí)鐘極性的配置上一定要搞清楚從設(shè)備是在時(shí)鐘的上升沿還是下降沿接收數(shù)據(jù)，是在時(shí)鐘的下降沿還是上升沿輸出數(shù)據(jù)。

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