在线动画手机网站模板,做夜场网站,wordpress面板中文,服装网站建设配色SPI 的英文全称为 Serial Peripheral Interface#xff0c;顾名思义为串行外设接口。SPI 是一种同步串行通信接口规范#xff0c;主要应用于嵌入式系统中的短距离通信。该接口由摩托罗拉在20世纪80年代中期开发#xff0c;后发展成了行业规范。
SPI 是一种高速的、全双工的…SPI 的英文全称为 Serial Peripheral Interface顾名思义为串行外设接口。SPI 是一种同步串行通信接口规范主要应用于嵌入式系统中的短距离通信。该接口由摩托罗拉在20世纪80年代中期开发后发展成了行业规范。
SPI 是一种高速的、全双工的、同步的通信总线并且至多仅需使用 4 根线节约了芯片的管脚SPI主要应用于EEPROM、FLASH、ADC、DAC等芯片还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
SPI 设备之间采用全双工模式通信是一个主机和一个或者多个从机的主从模式。主机负责初始化帧这个数据传输帧可以用于读与写两种操作片选线可以从多个从机选择一个来响应主机的请求。
来自主机或从机的数据在时钟上升沿或下降沿同步。主机和从机可以同时传输数据。SPI接口可以是 3 线式或 4 线式。本文重点介绍常用的 4 线 SPI 接口。
接 口
4 线 SPI 器件有四个信号 时钟(SPICLK,SCLK) 片选(CS)主机输出 从机输入(MOSI)主机输入 从机输出(MISO)
产生时钟信号的器件称为主机。主机和从机之间传输的数据与主机产生的时钟同步。同I2C接口相比SPI器件支持更高的时钟频率。用户应查阅产品数据手册以了解SPI接口的时钟频率规格。
SPI接口只能有一个主机但可以有一个或多个从机。图1 显示了主机和从机之间的SPI连接。 图1. 含主机和从机的SPI配置
来自主机的片选信号用于选择从机。这通常是一个低电平有效信号拉高时从机与SPI总线断开连接。当使用多个从机时主机需要为每个从机提供单独的片选信号。本文中的片选信号始终是低电平有效信号。
MOSI和MISO是数据线。MOSI将数据从主机发送到从机MISO将数据从从机发送到主机。 数据传输
要开始SPI通信主机必须发送时钟信号并通过使能CS信号选择从机。片选通常是低电平有效信号。因此主机必须在该信号上发送逻辑0以选择从机。
SPI是全双工接口主机和从机可以分别通过MOSI和MISO线路同时发送数据。在SPI通信期间数据的发送(串行移出到MOSI/SDO总线上)和接收(采样或读入总线(MISO/SDI)上的数据)同时进行。串行时钟沿同步数据的移位和采样。
SPI接口允许用户灵活选择时钟的上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。欲确定使用SPI接口传输的数据位数请参阅器件数据手册。 时钟极性和时钟相位
在 SPI 中主机可以选择时钟极性和时钟相位。在空闲状态期间CPOL 为设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时 CS 为高电平且在向低电平转变的期间以及传输结束时 CS 为低电平且在向高电平转变的期间。CPHA 为选择时钟相位。
根据CPHA位的状态使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据 CPOL 和 CPHA 位的选择有四种SPI 模式可用。表1显示了这 4 种 SPI 模式。 表1.通过CPOL和CPHA选择SPI模式
图2至图5显示了四种SPI模式下的通信示例。在这些示例中数据显示在MOSI和MISO线上。传输的开始和结束用绿色虚线表示采样边沿用橙色虚线表示移位边沿用蓝色虚线表示。请注意这些图形仅供参考。要成功进行SPI通信用户须参阅产品数据手册并确保满足器件的时序规格。
图2 给出了SPI模式0的时序图。在此模式下时钟极性为0表示时钟信号的空闲状态为低电平。此模式下的时钟相位为0表示数据在上升沿采样(由橙色虚线显示)并且数据在时钟信号的下降沿移出(由蓝色虚线显示)。 图2. SPI模式0CPOL 0CPHA 0CLK空闲状态 低电平数据在上升沿采样并在下降沿移出
图3 给出了SPI模式1的时序图。在此模式下时钟极性为0表示时钟信号的空闲状态为低电平。此模式下的时钟相位为1表示数据在下降沿采样(由橙色虚线显示)并且数据在时钟信号的上升沿移出(由蓝色虚线显示)。 图3. SPI模式1CPOL 0CPHA 1CLK空闲状态 低电平数据在下降沿采样并在上升沿移出 图4. SPI模式2CPOL 1CPHA 1CLK空闲状态 高电平数据在下降沿采样并在上升沿移出
图4 给出了SPI模式2的时序图。在此模式下时钟极性为1表示时钟信号的空闲状态为高电平。此模式下的时钟相位为1表示数据在下降沿采样(由橙色虚线显示)并且数据在时钟信号的上升沿移出(由蓝色虚线显示)。 图5. SPI模式3CPOL 1CPHA 0CLK空闲状态 高电平数据在上升沿采样并在下降沿移出
图5 给出了SPI模式3的时序图。在此模式下时钟极性为1表示时钟信号的空闲状态为高电平。此模式下的时钟相位为0表示数据在上升沿采样(由橙色虚线显示)并且数据在时钟信号的下降沿移出(由蓝色虚线显示)。 多从机配置
多个从机可与单个 SPI 主机一起使用。从机可以采用常规模式连接或采用菊花链模式连接。
常规SPI模式
在常规模式下主机需要为每个从机提供单独的片选信号。一旦主机使能(拉低)片选信号MOSI/MISO线上的时钟和数据便可用于所选的从机。如果使能多个片选信号则MISO线上的数据会被破坏因为主机无法识别哪个从机正在传输数据。
从图6可以看出随着从机数量的增加来自主机的片选线的数量也增加。这会快速增加主机需要提供的输入和输出数量并限制可以使用的从机数量。可以使用其他技术来增加常规模式下的从机数量例如使用多路复用器产生片选信号。 图6. 多从机SPI配置
菊花链模式
在菊花链模式下所有从机的片选信号连接在一起数据从一个从机传播到下一个从机。在此配置中所有从机同时接收同一SPI时钟。来自主机的数据直接送到第一个从机该从机将数据提供给下一个从机依此类推。
使用该方法时由于数据是从一个从机传播到下一个从机所以传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成比例。例如在图7所示的8位系统中为使第3个从机能够获得数据需要24个时钟脉冲而常规SPI模式下只需8个时钟脉冲。 图7. 多从机SPI菊花链配置
图8显示了时钟周期和通过菊花链的数据传播。并非所有SPI器件都支持菊花链模式。请参阅产品数据手册以确认菊花链是否可用。 图8. 菊花链配置数据传播
ADI公司最新一代支持SPI的开关可在不影响精密开关性能的情况下显著节省空间。本文的这一部分将讨论一个案例研究说明支持SPI的开关或多路复用器如何能够大大简化系统级设计并减少所需的GPIO数量。
ADG1412是一款四通道、单刀单掷(SPST)开关需要四个GPIO连接到每个开关的控制输入。图9显示了微控制器和一个ADG1412之间的连接。 图9. 微控制器GPIO用作开关的控制信号
随着电路板上开关数量的增加所需GPIO的数量也会显著增加。例如当设计一个测试仪器系统时会使用大量开关来增加系统中的通道数。在4×4交叉点矩阵配置中使用四个ADG1412。此系统需要16个GPIO限制了标准微控制器中的可用GPIO。图10显示了使用微控制器的16个GPIO连接四个ADG1412。 图10. 在多从机配置中所需GPIO的数量大幅增加 如何减少GPIO数量?
一种方法是使用串行转并行转换器如图11所示。该器件输出的并行信号可连接到开关控制输入器件可通过串行接口SPI配置。此方法的缺点是外加器件会导致物料清单增加。 图11. 使用串行转并行转换器的多从机开关
另一种方法是使用SPI控制的开关。此方法的优点是可减少所需GPIO的数量并且还能消除外加串行转并行转换器的开销。如图12所示不需要16个微控制器GPIO只需要7个微控制器GPIO就可以向4个ADGS1412提供SPI信号。开关可采用菊花链配置以进一步优化GPIO数量。在菊花链配置中无论系统使用多少开关都只使用主机(微控制器)的四个GPIO。 图12. 支持SPI的开关节省微控制器GPIO
图13用于说明目的。ADGS1412数据手册建议在SDO引脚上使用一个上拉电阻。为简单起见此示例使用了四个开关。随着系统中开关数量的增加电路板简单和节省空间的优点很重要。 图13. 菊花链配置的SPI开关可进一步优化GPIO
在6层电路板上放置8个四通道SPST开关采用4×8交叉点配置时ADI 公司支持 SPI 的开关可节省20%的总电路板空间。
SPI 协议的优缺点
SPI 的优点在于它有着比 I2C 更高的吞吐量不被最大时钟速度所限制可实现潜在的高速、极为简单的硬件接口外围电路使用的上拉电阻是比 I2C 协议更少的这意味着它具有比I2C的功耗更低、从机的时钟来源来自主机设备无需新增精密振荡器、从机不需要唯一的地址、相对于并行接口而言使用的引脚数目大大减少等优点。
但同时有着一定的缺点例如SPI没有带内寻址、当使用多个不同模式的从机设备时主机设备切换模式时重新初始化会使得访问从机设备速度变慢、SPI从机设备没有硬件流控只能通过主机自主的延迟下个时钟周期到来的时间、仅能在短距离通信等缺点。但能在避免SPI的缺点的方向来应用SPI的话SPI的优点让它远远优于其他协议。
