SPI總線協(xié)議(20220305092524)

1、精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -合肥學院嵌入式系統(tǒng)設計課程技術報告（20 13- 2014 第 2 學期）報告題目： _SPI總線和 SPI 控制器_專 業(yè)： _自動化_班 級： _11自動化卓越班 _姓 名： _榮敏_學 號： _1105031002_指導老師： _干開峰_電子信息與電氣工程系2014 年 4 月制- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -摘要SPI, Serial Perripheral Interface, 串行外圍設備接口 , 是 Mot

2、orola 公司推出的一種同步串行接口技術 . SPI 總線在物理上是通過接在外圍設備微控制器 (PICmicro) 上面的微處理控制單元 (MCU) 上叫作同步串行端口 (Synchronous Serial Port) 的模塊(Module) 來實現(xiàn)的。 S3C2440 包含有兩個串行外圍設備接口（ SPI 口），每個 SPI 口都有兩個分別用于發(fā)送和接收的 8 位移位寄存器。在一次 SPI 通信當中數(shù)據(jù)被同步發(fā)送（串行移出）和接收（串行移入）。 8 位串行數(shù)據(jù)的速率由相關的控制寄存器的內容決定。SPI 主要應用在 EEPROM, Flash, 實時時鐘 (RTC), 數(shù)模轉換器 (ADC

3、), 數(shù)字信號處理器 (DSP) 以及數(shù)字信號解碼器之間 . 它在芯片中只占用四根管腳 (Pin) 用來控制以及數(shù)據(jù)傳輸 , 節(jié)約了芯片的 pin 數(shù)目 , 同時為 PCB 在布局上節(jié)省了空間 . 正是出于這種簡單易用的特性 , 現(xiàn)在越來越多的芯片上都集成了 SPI 技術 .關鍵詞： SPI 總線協(xié)議 SPI 控制器 SPI 技術1、 SPI總線協(xié)議概述同步外設接口 (SPI) 是由摩托羅拉公司開發(fā)的全雙工同步串行總線，該總線大量用在與EEPRO、M ADC、 FRA顯示驅動器之類的慢速外設器件通信。SPI （Serial Peripheral Interface ）是一種串行同步通訊協(xié)議，由

4、一個主設備和一個或多個從設備組成， 主設備啟動一個與從設備的同步通訊， 從而完成數(shù)據(jù)的交換。 SPI 接口由SDI （串行數(shù)據(jù)輸入）， SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）， SCK（串行移位時鐘）， CS （從使能信號）四種信號構成， CS 決定了唯一的與主設備通信的從設備， 如沒有 CS 信號， 則只能存在一個從設備，主設備通過產(chǎn)生移位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數(shù)據(jù)由 SDO輸出， SDI 輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由 SDO輸出， 在緊接著的下降或上升沿由 SDI 讀入， 這樣經(jīng)過 8/16 次時鐘的改變，完成 8/16 位數(shù)據(jù)的傳輸。1.1 SPI 通信該總線通信基于主 - 從配置。它有以下 4個

5、信號：MOSI: 主出 / 從入MISO: 主入 / 從出SCK: 串行時鐘SS: 從屬選擇芯片上“從屬選擇” (slave-select) 的引腳數(shù)決定了可連到總線上的器件數(shù)量。在SPI傳輸中，數(shù)據(jù)是同步進行發(fā)送和接收的。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘基于來自主處理器的時 鐘脈沖，摩托羅拉沒有定義任何通用 SPI的時鐘規(guī)范。然而，最常用的時鐘設置基于時鐘極性(CPOL)和時鐘相位 (CPHA)兩個參數(shù)， CPOL定義 SPI串行時鐘的活動狀態(tài)，而 CPHA定義相對于SO-數(shù)據(jù)位的時鐘相位。 CPOCPHA的設置決定了數(shù)據(jù)取樣的時鐘沿。1.2 數(shù)據(jù)方向和通信速度SPI傳輸串行數(shù)據(jù)時首先傳輸最高位。波特率可以高

6、達 5Mbps，具體速度大小取決于 SPI硬件。例如， Xicor 公司的 SPI串行器件傳輸速度能達到 5MHz。1.3 SPI 總線接口及時序SPI總線包括 1根串行同步時鐘信號線以及 2根數(shù)據(jù)線。SPI模塊為了和外設進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -位可以進行配置，時鐘極性（ CPO 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

7、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音時鐘相位和極性應該一致。 SPI接口時序如圖 1、圖 2所示。圖 1 CPHA=0時SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序圖2 CPHA=1時SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序SPI是一個環(huán)形總線結構，由 ss （cs）、 sck、 sdi 、 sdo構成，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。假設下面的 8位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù) 10101010，

8、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 =0101010 x 。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，兩個寄存器的內容互相交換一次。這樣就完成里一個 spi 時序。例子：假設主機和從機初始化就緒：并且主機的 sbuff=0 xaa ，從機的 sbuff=0 x55 ，下面圖 3將分步對 spi 的 8個時鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍 : 假設上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)- - 精品 文檔-sdi精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，

9、應有盡有 -脈沖 主機 sbuff 從機sbuff sdo0 10101010 01010101 0 01上 0101010 x 1010101x 0 11下 01010100 10101011 02上 1010100 x 0101011x 12下 10101001 01010110 13上 0101001x 1010110 x 010013下 01010010 10101101 04上 1010010 x 0101101x 14下 10100101 01011010 11005上 0100101x 1011010 x 0 15下 01001010 10110101 06上 1001010 x

10、 0110101x 16下 10010101 01101010 17上 0010101x 1101010 x 010017下 00101010 11010101 0 18上 0101010 x 1010101x 1 08下 01010101 10101010 1 0圖4 spi 的 8個時鐘周期的數(shù)據(jù)情況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

11、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 MOS 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)送結束中斷標志 ; 寫沖突保護 ; 總線競爭保護等。圖 5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 ):- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類

12、專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -圖 5 SPI 總線四種工作方式2、 S3C2440的 SPI 控制器S3C2440包含有兩個串行外圍設備接口（ SPI 口），每個 SPI 口都有兩個分別用于發(fā)送和接收的 8 位移位寄存器，在一次 SPI 通信當中數(shù)據(jù)被同步發(fā)送（串行移出）和接收（串行移入）。 8 位串行數(shù)據(jù)的速率由相關的控制寄存器的內容決定。如果只想發(fā)送，接收到的是一些虛擬的數(shù)據(jù)。另外，如果只想接收，發(fā)送的數(shù)據(jù)也可以是一些虛擬的“ 1”。結構框圖如圖 6：圖 6 SPI 口結構框圖2.1 SPI 接口特性：與 SPI 接口協(xié)議 v2.11 兼容；8 位用

13、于發(fā)送的移位寄存器；8 位用于接收的移位寄存器；- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -8 位預分頻邏輯；查詢、中斷和 DMA傳送模式；2.2 SPI 接口操作：通過 SPI 接口， S3C2440可以與外設同時發(fā)送 / 接收 8 位數(shù)據(jù)。串行時鐘線與兩條數(shù)據(jù)線同步，用于移位和數(shù)據(jù)采樣。如果 SPI 是主設備，數(shù)據(jù)傳輸速率由位控制。 可以修改頻率來調整波特率寄存器的值。 如果 SPI 是從設備，鐘， 向 SPDATn寄存器中寫入字節(jié)數(shù)據(jù)， SPI 發(fā)送/ 接收操作就同時啟動。要在向 SPDATn寄存器中寫入字節(jié)數(shù)據(jù)之前激

14、活。SPPREn寄存器的相關其他的主設備提供時某些情況下片選 nSS2.3 傳輸格式：- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -圖 7 傳輸格式2.4 接口控制寄存器：2.4.1 SPI 控制寄存器（ SPICON該寄存器控制 SPI的工作模式如圖 8：- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -圖 8 SPI 控制寄存器工作模式2.4.2 SPI 狀態(tài)寄存器（ SPSTA圖 9 SPI 狀態(tài)寄存器SPI 發(fā)送時為單緩沖，這樣在前一次發(fā)送尚未完成之前，不

15、能將新的數(shù)據(jù)寫入移位寄存器來發(fā)送過程中對數(shù)據(jù)寄存器進行寫入操作時， DCOL 位將為 1 以指示數(shù)據(jù)沖突。此前發(fā)送的數(shù)據(jù)就行發(fā)送，而后寫入的數(shù)據(jù)將丟失。2.4.3 SPI 引腳控制寄存器（ SPPINn）當一個 SPI 系統(tǒng)被允許時， nSS 之外的引腳的數(shù)據(jù)傳輸方向都由 SPCONn 的MSTR 位控制， nSS 引腳總是輸入。當 SPI 是一個主設備是， nSS 引腳用于檢測多主設備錯誤（如果SPPIN 的ENMUL 位被使能），另外還需要一個 GPIO 來選擇從設備。如果 SPI 被配置為從- - 精品 文檔-精品文檔就在這里- 各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊，應有盡有 -設備， nSS 引腳用來被選擇為從設備。圖 10 SPI 引腳控制寄存器2.4.4 SPI 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（ SPTDAT發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中存放待 SPI 口發(fā)送的數(shù)據(jù)SPI 接收數(shù)據(jù)寄存器（ SPRDAT）n 接收數(shù)據(jù)寄存器中存放 SPI 口接收到的數(shù)據(jù)。3、參考