SPI 协议

本文介绍了SPI通信的基本概念,包括其工作模式、时钟特性及数据传输方式,并提供了SPI主模式下发送和接收数据的具体实现代码。

一. 概念

1. 通常SPI通信要求4根线,分别是MOSI(mast output salve input), MISO, CLK, CS。

2. 当发送和接受数据的工作都准备好了,只要有时钟CLK,就发送数据,没有时钟就不发送,而且一个时钟周期发送一位(bit)数据,所以发送数据的快慢由时钟频率来控制。

3. 至于时钟和数据的相位没有特别严格的要求(而IIC中,数据的变化只能在SCL是低电平的时候发生),SPI数据的变化是一个时钟周期一次,这样的方法来传输数据就简单多了。我们可以根据需求对时钟的极性和相位做调整,看看是在时钟上升沿还是下降沿来发送数据,还有停止发送时时钟的极性,是保持高电平还是低电平。

4. 另外在多机通信时,SPI只是简单的通过一个片选信号来选择哪个设备占用总线,但是IIC是通过发送从设备地址来自动选择的。

一. 要点

1. SPI有四种传输模式,上升沿、下降沿、前沿、后沿触发。当然也有MSB和LSB传输方式。


2. SPI只有主模式和从模式之分,没有读和写的说法,因为实质上每次SPI是主从设备在交换数据。也就是说,你发一个数据必然会收到一个数据;你要收一个数据必须也要先发一个数据

虽然是收发共同但是一般我们会有选择的操作:

SPI主模式发送:
//先写数据到发送寄存器
CB0TXL = *gpCsib0TxAddress;    /* start by writing data to CB0TX */
//在发送中断里再次发送
__interrupt void MD_INTCB0T(void)
{
    if (gCsib0TxCnt > 0)
    {
            ......
            /* Transfer data length is 8 bit */
            CB0TXL = *gpCsib0TxAddress;    /* writing data to CB0TX */
            gpCsib0TxAddress++;
            gCsib0TxCnt--;
        }
    }
    else
    {
        CSIB0_SendEndCallback();    /* send complete */
    }
}
在往发送寄存器里写数据时,控制器会提供时钟,发送完成后就不再提供时钟了。
SPI主模式接收:
//先从接收寄存器里读取一个dummy
volatile    USHORT    dummy = 0;
dummy = CB0RX;    /* dummy read to start receive */
//在接收中断里再次接收
__interrupt void MD_INTCB0R(void)
{
    ......
    *gpCsib0RxAddress = CB0RXL;
    gpCsib0RxAddress ++;
    gCsib0RxCnt ++;
    ......
}

SPI主模式即发送也接收:


//先写数据到发送寄存器
CB0TXL = *gpCsib0TxAddress;    /* start by writing data to CB0TX */
//在接收中断里接收
__interrupt void MD_INTCB0R(void)
{
    ......
    /* Transfer data length is 8 bit */
    *gpCsib0RxAddress = CB0RXL;
    gpCsib0RxAddress ++;
    gCsib0RxCnt ++;
    ......
}
//在发送中断里发送
__interrupt void MD_INTCB0T(void)
{
    ......
    /* Transfer data length is 8 bit */
    CB0TXL = *gpCsib0TxAddress;    /* writing data to CB0TX */
    gpCsib0TxAddress++;
    gCsib0TxCnt--;
    ......
}
SPI从模式和上面操作一样,只不过不提供时钟了。

### SPI协议详解与学习指南 #### 1. SPI协议的基本概念 SPI(Serial Peripheral Interface)是一种**高速、全双工、同步**的串行通信协议,广泛用于嵌入式系统中连接微控制器与外围设备,如传感器、存储器、显示屏等。SPI协议由Motorola(现为NXP半导体)于1980年代推出[^3]。 SPI协议的核心特点包括: - **全双工通信**:允许同时发送和接收数据。 - **同步传输**:依赖于时钟信号(SCK)来同步数据传输。 - **主从架构**:一个主设备可以连接多个从设备,主设备控制通信的时序。 #### 2. SPI协议的通信接口与信号线 SPI协议通常涉及以下四条信号线: - **MOSI**(Master Out Slave In):主设备向从设备发送数据的线路。 - **MISO**(Master In Slave Out):从设备向主设备发送数据的线路。 - **SCK**(Serial Clock):由主设备生成的时钟信号,用于同步数据传输。 - **SS/CS**(Slave Select/Chip Select):用于选择特定的从设备进行通信。 在某些情况下,SPI协议可能简化为三线制(如仅使用MOSI或MISO),但标准SPI协议使用四条信号线[^3]。 #### 3. SPI协议的工作模式 SPI协议支持四种不同的工作模式,主要由**时钟极性(CPOL)**和**时钟相位(CPHA)**决定: - **模式0**:CPOL=0,CPHA=0(时钟空闲时为低电平,数据在上升沿采样) - **模式1**:CPOL=0,CPHA=1(时钟空闲时为低电平,数据在下降沿采样) - **模式2**:CPOL=1,CPHA=0(时钟空闲时为高电平,数据在下降沿采样) - **模式3**:CPOL=1,CPHA=1(时钟空闲时为高电平,数据在上升沿采样) 主设备需要根据从设备的配置选择合适的工作模式。主控的SPI控制器模式可以配置,而从设备的模式通常在出厂时已固定[^2]。 #### 4. SPI协议的优点与缺点 **优点**: - **高速传输**:SPI协议支持较高的数据传输速率,通常可达几十MHz。 - **简单性**:协议结构简单,易于实现。 - **全双工通信**:允许同时发送和接收数据,提高通信效率。 **缺点**: - **缺乏标准协议**:SPI协议没有统一的标准,不同厂商可能有不同的实现方式。 - **硬件开销较大**:每增加一个从设备,都需要额外的片选信号线(SS/CS)。 - **不支持远距离通信**:SPI协议通常适用于短距离通信,不适合长距离传输。 #### 5. SPI协议的应用场景 SPI协议广泛应用于嵌入式系统中,常见的应用场景包括: - **传感器通信**:如温度传感器、加速度计等。 - **存储器访问**:如Flash存储器、EEPROM等。 - **显示屏控制**:如LCD显示屏、OLED显示屏等。 - **音频设备**:如音频编解码器(Codec)等。 #### 6. SPI协议的实现示例 以下是一个简单的SPI通信示例代码,使用Python的`spidev`库实现SPI通信: ```python import spidev # 打开SPI设备 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) # 总线0,设备0 # 设置SPI模式和速度 spi.mode = 0 spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz # 发送数据并接收响应 data_to_send = [0x01, 0x80, 0x00] # 示例数据 response = spi.xfer2(data_to_send) # 打印接收到的数据 print("Received data:", response) # 关闭SPI设备 spi.close() ``` 该示例代码展示了如何使用Python的`spidev`库进行SPI通信。通过设置SPI模式和速度,可以与不同的从设备进行通信。 #### 7. SPI协议的扩展形式 除了标准SPI协议外,还存在一些扩展形式,如: - **Dual SPI**:使用两条数据线(MOSI和MISO)同时传输数据,提高传输速度。 - **Queued SPI**:支持队列操作,允许主设备一次性发送多个命令。 这些扩展形式在某些高性能应用中非常有用,尤其是在需要高速数据传输的场景中。 --- ###
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