片选


片选:动词,可以理解成选片。举个例子,有很多芯片挂在同一总线上(像电脑里很多外设都是挂在总线上),但我们有时候需要对其中特定的某个芯片进行数据、地址或命令的独立传输,此时,我们需要有一个信号来告诉挂在总线上的芯片们,这些数据、地址是传给哪个芯片的。那这样的话,其他芯片就会对这些信号漠不关心,而目标芯片就知道这些数据是传给自己的从而做出反应。这个信号就叫做片选信号CSchip select)或SS(slave select)。片选这个词即由此而来,指通过设置跳线,利用与门、或门、非门的组合来决定到底是哪几部分进入工作状态。

片选信号一般是在划分地址空间时,由逻辑电路产生的。在数字电路设计中,一般开路输入管脚呈现为高电平,因此片选信号绝大多数情况下是一个低电平。

编程接口芯片都有一个片选开关,通常以CE(Chip Enable)CS(Chip Select)表示,只有当该输入端处于有效电平,接口芯片才进入电路工作状态,实现数据的输入输出。片选端通常以AO地址译码器的输出端相连,因此片选也是由指定的AO地址选中该接口芯片,以使其进入电路工作状态的过程。

如图所示,如果一个从芯片或从设备(slave)SS管脚处于非激活状态(通常是低电平),那个这个从芯片或从设备就相当于一个聋子,不会对任何外来的输入信号做出反应。而如果其中某一从芯片的SS管脚处于激活状态的话,那它就能听到外来的输入信号,就能做出接收或回应。图中,MISO是从芯片向主芯片传输数据的信道,MOSI是主芯片向从芯片传输数据的信道,SCLK是时钟信道(主芯片->从芯片)。



存储芯片的片选


存储器往往要是由一定数量的芯片构成的。

CPU要实现对存储单元的访问,首先要选择存储芯片,即进行片选;然后再从选中的芯片中依地址码选择出相应的存储单元,以进行数据的存取,这称为字选。片内的字选是由CPU送出的N条低位地址线完成的,地址线直接接到所有存储芯片的地址输入端,而存储芯片的片选信号则大多是通过高位地址译码后产生的。

线选法:

线选法就是用除片内寻址外的高位地址线直接分别接至各个存储芯片的片选端,当某地址线信息为0时,就选中与之对应的存储芯片。这些片选地址线每次寻址时只能有一位有效,不允许同时有多位有效,这样才能保证每次只选中一个芯片。线选法不能充分利用系统的存储器空间,把地址空间分成了相互隔离的区域,给编程带来了一定困难

全译码法:

译码法将除片内寻址外的全部高位地址线都作为地址译码器的输入,译码器的输出作为各芯片的片选信号,将它们分别接到存储芯片的片选端,以实现对存储芯片的选择。全译码法的优点是每片芯片的地址范围是唯一确定的,而且是连续的,也便于扩展,不会产生地址重叠的存储区,但全译码法对译码电路要求较高

部分译码法:所谓部分译码法即用除片内寻址外的高位地址的一部分来译码产生片选信号,部分译码法会产生地址重叠。



<think>首先,用户的问题是关于SPI通信中的脚(Chip Select)的作用与配置方法。用户提供了几个引用,我需要参考这些内容来构建回答。 引用内容总结: - [^1]: SPI通过信号支持挂载多个SPI设备,每个SPI设备对应一个GPIO引脚。在SPI传输时需要显式设置chip_select。 - [^2]: SPI是一种高速、全双工、同步通信总线,占用四根线。 - [^3]: SPI有主从模式,主设备择从设备通过信号,读写由主设备发起。 - [^4]: SPI有两种实现方案:硬件和软件,各有适用场景。 用户意图:用户想了解脚的作用和配置方法,可能是在配置SPI通信时遇到问题或需要指导。 我的回答结构: 1. **清晰的结构**:逐步解释脚的作用、配置方法,包括硬件和软件实现。 2. **使用中文**:所有内容用中文。 3. **格式要求**: - 行内数学表达式用 `$...$`,但这里可能没有数学表达式,除非涉及公式。 - 独立公式用 `$$...$$`,但可能不需要。 - LaTeX语法正确。 - 生成相关问题。 - 在引用段落末尾添加引用标识,如 [^1]。 4. **真实可靠**:基于引用内容,确保信息准确。 回答大纲: - **介绍脚的作用**:解释为什么需要脚,如何允许多个设备共享总线。 - **配置方法**: - 硬件:使用专用GPIO引脚,由硬件自动控制。 - 软件:通过软件控制GPIO引脚。 - **常见问题**:如不设置可能导致通信失败。 - **生成相关问题**:在回答末尾。 添加引用:在解释时,自然地引用相关部分。例如,当提到支持多个设备时,引用 [^1];当提到硬件和软件时,引用 [^4]。 确保回答帮助用户逐步解决问题: 1. 定义脚。 2. 解释作用。 3. 描述配置步骤。 4. 讨论择硬件或软件的因素。 5. 提示常见错误。 最终,生成相关问题。</think>### SPI通信中的脚(Chip Select)作用与配置方法 SPI(串行外设接口)是一种高速、全双工、同步的通信总线,广泛应用于嵌入式系统和微控制器中,用于连接主设备(如微处理器)和从设备(如传感器、存储器)。SPI总线通常占用四根线:SCLK(时钟线)、MOSI(主出从入)、MISO(主入从出)和CS(脚)。其中,脚(Chip Select,简称CS)在SPI通信中扮演关键角色,确保多个从设备能共享同一总线而不会冲突。下面我将逐步解释脚的作用、配置方法,以及常见注意事项,帮助您理解和正确使用SPI通信。 #### 1. **脚的作用** - **核心功能**:脚用于在SPI总线上择特定的从设备进行通信。当主设备需要与某个从设备交换数据时,它会激活(拉低)该从设备的CS引脚,表示“中”该设备。其他未被中的从设备则忽略总线上的信号,防止数据冲突。例如,如果总线上挂载了多个传感器,主设备通过拉低Sensor1的CS引脚,只与Sensor1通信;完成后,再拉高CS引脚并切换到另一个设备[^1][^3]。 - **支持多设备共享**:SPI总线本身不支持多主机(只能有一个主设备),但通过独立的CS引脚,可以实现多个从设备共享同一组SCLK、MOSI和MISO线。每个从设备必须有一个专用的CS引脚,由主设备控制。这简化了硬件设计并节省了引脚资源[^2][^3]。 - **同步控制**:CS引脚在通信开始时被激活(拉低),在通信结束时释放(拉高)。这确保了数据传输的同步性:只有被中的从设备才会响应时钟信号,其他设备处于高阻态以避免干扰[^4]。 如果未正确设置CS引脚,可能导致通信失败,例如数据无法传输或设备冲突。这是因为SPI协议要求主设备在每次传输前显式择目标设备[^1]。 #### 2. **脚的配置方法** 脚的配置分为硬件和软件两种方案,各有优缺点和适用场景。配置时需考虑硬件资源、通信速度和可靠性需求。 - **硬件(Hardware Chip Select)**: - **原理**:使用微控制器内置的SPI控制器硬件自动控制CS引脚。主设备在发起传输时,硬件会自动拉低对应CS引脚,并在传输完成后拉高,无需软件干预。 - **配置步骤**: 1. **引脚分配**:为每个从设备分配一个专用的GPIO引脚作为CS引脚(例如,GPIO10用于Device1,GPIO11用于Device2)。在SPI设备初始化时,指定`chip_select`成员为对应的引脚ID[^1]。 2. **硬件设置**:在微控制器的SPI配置寄存器中,启用硬件功能,并将CS引脚映射到SPI控制器。例如,在STM32中,通过HAL库设置`hspi.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_OUTPUT`。 3. **传输控制**:发起SPI传输时,硬件自动处理CS时序。代码示例(基于常见嵌入式C语言): ```c // 初始化SPI主设备 SPI_HandleTypeDef hspi; hspi.Instance = SPI1; hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_OUTPUT; // 启用硬件 HAL_SPI_Init(&hspi); // 传输数据到指定从设备(硬件自动控制CS) uint8_t txData[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; HAL_SPI_Transmit(&hspi, txData, 4, HAL_MAX_DELAY); ``` - **优点**:时序精确、速度快,适合高频率通信(如>10 MHz),减少了软件开销[^4]。 - **缺点**:CS引脚数量有限(通常微控制器支持2-4个硬件CS引脚),扩展性差;硬件资源占用较多。 - **适用场景**:从设备数量固定、通信速度要求高的系统,如工业传感器网络[^4]。 - **软件(Software Chip Select)**: - **原理**:通过软件代码手动控制GPIO引脚来实现CS功能。主设备在传输前手动拉低CS引脚,传输后手动拉高,完全由程序管理。 - **配置步骤**: 1. **引脚初始化**:将普通GPIO引脚配置为输出模式,作为虚拟CS引脚。例如,使用GPIO5作为Device1的CS。 2. **软件控制**:在SPI传输前后,手动拉低和拉高CS引脚。代码示例: ```c // 初始化GPIO作为软件CS引脚 GPIO_InitTypeDef gpio; gpio.Pin = GPIO_PIN_5; // 假设GPIO5用于CS gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio); // 传输数据:手动控制CS HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 拉低CS,中设备 uint8_t txData[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; HAL_SPI_Transmit(&hspi, txData, 4, HAL_MAX_DELAY); // SPI传输 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 拉高CS,释放设备 ``` - **优点**:灵活性高,支持任意数量的从设备(只需添加更多GPIO引脚);硬件成本低,适合资源受限的系统[^4]。 - **缺点**:时序由软件控制,可能引入延迟或抖动,可靠性较低;在高频通信时易出错。 - **适用场景**:从设备数量可变、成本敏感的应用,如消费电子或原型开发[^4]。 **择硬件或软件的因素**: - **速度需求**:硬件适用于高速通信(>10 MHz),软件适合低速场景(<1 MHz)。 - **从设备数量**:硬件引脚有限,软件可扩展。 - **系统复杂度**:硬件简化软件设计,但增加硬件依赖;软件更灵活,但需注意代码时序。 - **可靠性**:硬件抗干扰性强,软件需添加延时或看门狗确保稳定性[^4]。 #### 3. **常见问题与注意事项** - **未设置导致通信失败**:如果未在SPI传输中显式设置`chip_select`(无论是硬件还是软件),从设备可能无法响应,导致数据丢失或总线冲突。务必在初始化时指定CS引脚[^1]。 - **时序要求**:CS引脚必须在SCLK时钟信号前被激活(拉低),并在传输结束后延迟释放(拉高),以避免数据截断。一般需满足从设备的建立和保持时间(查阅设备手册)。 - **多设备管理**:当总线上有多个从设备时,确保同一时间只有一个CS引脚被激活。否则,会造成总线争用和错误。 - **电平标准**:大多数SPI设备使用低电平有效(CS拉低表示中),但少数设备可能使用高电平有效,需根据数据手册配置。 - **调试技巧**:使用逻辑分析仪检查CS引脚时序,确保其与SCLK同步。如果通信失败,优先检查CS引脚是否正常切换。 通过正确配置脚,您可以高效管理SPI多设备系统,避免常见错误。如果需要进一步帮助,请提供具体硬件平台或问题细节。
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