SPI总线结合示波器分析波形

正文:客户反馈SPI波形不对,因此需要结合示波器分析SPI波形对应模式是否存在异常

1:使用自己ADP板实测其硬件连接如下

2 结合示波器测量我们ADP板子的SPI波形进行SPI模式分析

2.1 实测mode0符合预期

2.2 实测mode1符合预期

2.3 实测mode2符合预期

2.4 实测mode3符合预期

3:结合示波器测量客户板子的SPI波形进行SPI模式分析

2.1实测mode 0 符合预期

2.2 实测mode1符合预期

2.3 实测mode2符合预期

2.4 实测mode3符合预期

总结:

3:如何判断CPOL和CPHA

总结:如果起始的SCLK的电平是0,那么CPOL=0,如果是1,那么CPOL=1,然后看数据采样时刻,即时序图数据线上的数据稳定时,对应到上面SCLK时钟的位置,对应着是第一个边沿或是第二个边沿,即CPHA是0或1。(对应的是上升沿还是还是下降沿,要根据对应的CPOL的值,才能确定)。

  1. 如何判断CPOL:SCLK的空闲时候的电压,是0还是1,决定了CPOL是0还是1;
  2. 如何判断CPHA:而数据采样时刻对应着的SCLK的电平,是第一个边沿还是第二个边沿,对应着CPHA为0还是1。
<think>好的,我现在需要帮助用户了解SPI波形的生成和分析方法。首先,我得回忆一下SPI的基本原理。SPI是串行外设接口,使用主从架构,通常有四根线:SCK(时钟)、MOSI(主出从入)、MISO(主入从出)和SS(片选)。用户提到的是波形生成和分析,可能想知道如何通过工具或代码生成SPI信号,或者如何解析现有的波形。 用户之前的提问中引用了曼彻斯特编码的相关内容,但SPI和曼彻斯特编码不同,可能用户有混淆,需要澄清。不过根据当前问题,重点还是SPI本身。接下来,我需要整理SPI的关键参数,比如时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA),这两个参数决定了数据采样的边沿。例如,CPOL=0时,空闲时SCK为低电平;CPOL=1时,空闲时为高电平。CPHA则决定数据是在第一个边沿还是第二个边沿采样。 然后,波形生成部分,可能需要用示波器或逻辑分析仪来捕获实际信号,或者用软件工具生成模拟波形。比如Python可以用GPIO库控制引脚输出SPI信号,或者使用专门的测试设备。对于分析,常见的工具如Saleae逻辑分析仪软件,可以解析SPI数据。 用户提供的引用[^1]提到当MOSI为0时,异或输出跟随SCK,下降沿为0;MOSI为1时,异或输出是反向的SCK,上升沿为1。这可能与曼彻斯特编码有关,但SPI本身不使用曼彻斯特编码,所以这里可能存在误解,需要指出SPI和曼彻斯特的区别,避免混淆。 另外,需要确保回答中使用正确的LaTeX格式,例如提到时钟频率时用$f_{SCK}$,CPOL和CPHA的参数组合时用表格或公式。同时,生成的相关问题要围绕SPI的配置、调试工具、常见错误等,帮助用户深入理解。 最后,检查是否有遗漏点,比如SPI模式(0-3),数据传输的时序图示例,以及实际应用中的注意事项,如信号完整性和噪声问题。确保回答结构清晰,分步骤解释生成和分析方法,并引用正确的资料。</think>### SPI波形生成与分析详解 (由SPI总线协议特性决定,需关注时钟极性CPOL和时钟相位CPHA) #### 一、SPI波形核心参数 1. **时钟配置模式** - $CPOL=0$: 时钟空闲低电平,有效边沿为上升沿或下降沿 - $CPOL=1$: 时钟空闲高电平,有效边沿为下降沿或上升沿 - $CPHA=0$: 数据在时钟第一个边沿采样 - $CPHA=1$: 数据在时钟第二个边沿采样 2. **时序关系公式** $$ t_{SU}/t_{HOLD} > \frac{1}{2f_{SCK}} $$ 其中$f_{SCK}$为时钟频率,$t_{SU}$为建立时间,$t_{HOLD}$为保持时间 #### 二、波形生成方法 1. **硬件生成** ```python # 使用Raspberry Pi GPIO模拟SPI输出 import spidev spi = spidev.SpiDev() spi.open(0,0) spi.max_speed_hz = 1000000 spi.mode = 0b00 # CPOL=0, CPHA=0 spi.xfer([0x55, 0xAA]) # 发送数据 ``` 2. **软件仿真工具** - Wavedrom时序图生成: ```json { "signal": [ { "name": "SCK", "wave": "0.P.P.P.P.P.P.P.P", "period": 2 }, { "name": "MOSI", "wave": "0.2.2.2.2.2.2.2.2", "data": "D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0" }, { "name": "SS", "wave": "1...0.......1" } ]} ``` #### 三、波形分析要点 1. **有效数据判定**(以Mode0为例): - 数据在SCK上升沿保持稳定 - SS下降沿标记传输开始 - 位顺序(MSB/LSB)需与设备寄存器设置一致 2. **异常波形特征**: - 建立时间不足:数据边沿与时钟边沿重叠 - 时钟抖动:$ \Delta t_{SCK} > \pm5\%T_{SCK} $ - 信号过冲:$ V_{overshoot} > V_{DD}+0.3V $ #### 四、专业工具推荐 1. **示波器触发设置**: - 边沿触发:SS下降沿+SCK边沿组合 - 协议解码:设置匹配的SPI模式与数据位宽 2. **逻辑分析仪配置**: ```verilog // Sigrok PulseView配置示例 spi_decoder = { "protocol": "SPI", "cs_polarity": "active-low", "cpol": 0, "cpha": 0, "bitorder": "msb-first" } ```
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