SPI 的主模式和从模式

主机写 从机读    主机读 从机写
        数据输出是将数据送到那两根线上,

        数据采样是将数据从总线上读取到主从机中。


以下内容来源于《51单片机轻松入门—基于STC15W4K系列》第5章
第5章SPI通信
5.1SPI总线数据传输格式
5.1.1 接口定义
SPI是高速、全双向、同步、四线或三线制串行外围设备接口,采用主从模式结构,支持多从机模式
应用,一般仅支持单主机,在主机的移位时钟脉冲下,数据按位传输,可以是高位在前(MSB first),低
位在后,也可以低位在前,高位在后的顺序发送,目前应用中的数据速率可达5Mbps以上的水平,SPI接
口唯一的一个缺点是没有应答机制确认是否接收到数据,但一般的SPI从器件设计都很完善,只要按照器
件说明书要求读写数据都不会有任何问题的。
SPI接口共有4根信号线,分别是:设备选择线(片选)、时钟线、串行数据输出线、串行数据输入线,
如图5-1所示。
① MOSI(Master Out SlaveIn):主器件数据输出,从器件数据输入,用于主器件到从器件的数据传输。
② MISO(Master In Slave Out):主器件数据输入,从器件数据输出,用于从器件到主器件的数据传输。
③ SCLK(SPI Clock) :时钟信号,只能由主器件产生。
④ /SS:设备选择线(片选),由主器件控制,当从器件片选信号输入低电平时为选中状态,/SS是针对
从器件而言的,作为主器件,不需要使用/SS。




5.1.2 传输格式
SPI通信本质上是一个串行移位过程,原理非常简单,如图5-2所示,SPI主从器件构成一个环形总线
结构,在主机输出的SCLK时钟控制下,两个移位寄存器进行数据交换。









<think>首先,用户的问题是:“我想在嵌入式系统中,SPI如何发送数据 请问SPI发送数据的方法 嵌入式开发”。这是一个关于SPI通信的问题,具体是SPI如何发送数据。 我需要参考提供的引用内容: - 引用[1]:介绍了SPI协议的基本概念,包括SPI接口的通信速度,以及如何在Linux下进行SPI外设开发。 - 引用[2]:讨论了软件SPI硬件SPI的区别,软件SPI是通过GPIO模拟时序。 - 引用[3]:提供了Linux下SPI设备驱动实验的API函数,如spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync、spi_async。 用户的问题是关于SPI发送数据的方法。在SPI通信中,SPI是一个主从协议,其中主控制时钟(SCK),从在主提供的时钟下响应数据。 关键点: - SPI通信是全双工的,这意味着在数据传输过程中,主同时发送接收数据。 - 当主发送数据时,从也会同时发送数据。主通过MOSI(Master Out Slave In)线发送数据到从,从通过MISO(Master In Slave Out)线发送数据到主。 - 因此,从发送数据的方法是:当主发送数据时,从在时钟的每个边沿(取决于模式)将数据输出到MISO线上。 现在,我需要构建一个结构清晰的回答。回答应该包括: 1. **SPI通信的基本原理**:简要解释SPI如何工作,特别是从的角色。 2. **从发送数据的具体方法**:描述在嵌入式系统中,从如何发送数据,包括硬件软件实现。 3. **参考引用**:在回答中自然地引用提供的引用内容。 4. **生成相关问题**:在最后添加相关问题部分。 系统级指令要求: - 行内数学表达式用$...$格式,但在这个上下文中,可能没有太多数学表达式。SPI涉及时序,但主要是描述性的。 - 独立公式用$$...$$,如果有必要。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在引用的段落末尾添加引用标识。 回答结构: - **引言**:概述SPI通信发送数据的重要性。 - **详细解释**:分步骤解释从发送数据的方法。 - **硬件实现**:讨论硬件SPI控制器如何工作。 - **软件实现**:如果使用软件SPI(GPIO模拟),如何实现。 - **Linux驱动相关**:如果适用,引用API函数。 - **总结**:简要总结关键点。 - **相关问题**:生成3-5个相关问题。 相关问题想法: 1. SPI如何接收数据? 2. 在SPI通信中,如何配置时钟极性相位? 3. 软件SPI硬件SPI在性能上有什么区别? 4. 如何在嵌入式系统中调试SPI通信问题? 5. SPI与其他通信协议如I2C相比有什么优势? 现在,构建回答内容。 首先,确保回答真实可靠:基于标准SPI协议知识。 关键点: - 在SPI中,数据传输由主发起。主生成时钟信号(SCK)。 - 当主发送数据时(通过MOSI),从同时发送数据(通过MISO)。 - 从发送数据的方法是:在时钟的每个边沿,将数据位输出到MISO线上。数据在时钟的上升沿或下降沿采样,具体取决于SPI模式(CPOLCPHA)。 在嵌入式系统中实现: - **硬件SPI**:如果微控制器有内置SPI外设,从设备(如传感器)可能通过其SPI接口直接输出数据。开发者需要配置SPI寄存器。 - **软件SPI**:如果使用GPIO模拟,开发者需要编写代码来控制GPIO引脚,模拟SPI时序。当主发送时钟时,从代码在适当的时间设置MISO引脚状态。 引用参考内容: - 引用[2]提到软件SPI通过GPIO模拟时序。 - 引用[3]提到Linux下的SPI驱动API,如spi_sync,但这些是针对主端的。对于从端,在Linux中,SPI驱动可能不同。 用户的问题是在嵌入式系统中,SPI如何发送数据。在嵌入式开发中,SPI通常是外部设备(如传感器),所以开发者可能是在实现从设备或与从通信。 在标准嵌入式开发中: - 如果开发者是创建SPI(如微控制器),那么从是外部设备,从发送数据是自动的:当主发送时钟时,从输出数据。 - 如果开发者是创建SPI(如自定义设备),那么需要实现从逻辑,包括在时钟信号下输出数据。 用户的问题焦点是“SPI如何发送数据”,所以假设开发者是在实现或理解从设备的行为。 在回答中,我应该覆盖: 1. **基本原理**:SPI是全双工,主控制时钟,从在时钟下输出数据。 2. **实现方法**:在硬件中,从设备有内部逻辑;在软件中,通过GPIO控制。 3. **嵌入式系统具体**:使用微控制器的SPI外设或GPIO模拟。 引用内容: - [^1]:SPI简介Linux开发。 - [^2]:软件SPI实现。 - [^3]:Linux SPI驱动API,但这些是针对主端的。对于从端,在Linux中,SPI驱动可能涉及不同的API。 在用户提供的引用中,[^3]是关于主端的。所以,我需要谨慎引用。 最终回答结构: - 开头解释SPI通信。 - 描述从发送数据的过程。 - 讨论硬件软件方法。 - 在相关部分添加引用。 - 最后生成相关问题。</think>### SPI发送数据的方法在嵌入式系统中的实现 在嵌入式系统中,SPI(Serial Peripheral Interface)是一种广泛使用的全双工串行通信协议,支持高速数据传输(可达几十MHz)。SPI通信基于主从架构:主控制时钟信号(SCK),而从在主提供的时钟下响应数据。SPI是全双工的,这意味着数据传输过程中,主可以同时发送接收数据。主通过MOSI(Master Out Slave In)线发送数据到从,从则通过MISO(Master In Slave Out)线发送数据到主。因此,从发送数据的关键在于:当主发起传输时,从在SCK时钟的每个边沿(具体取决于SPI模式)将数据输出到MISO线上。下面我将逐步解释SPI发送数据的方法,包括硬件实现软件实现,并参考嵌入式开发中的实际应用。 #### 1. **SPI通信基本原理与从发送数据的过程** - **SPI模式配置**:SPI通信的时钟极性相位由CPOL(Clock Polarity)CPHA(Clock Phase)定义,共有4种模式(Mode 0-3)。例如: - Mode 0:CPOL=0(时钟空闲时为低电平),CPHA=0(数据在时钟上升沿采样)。 - 在这些模式下,从发送数据时,必须在时钟的指定边沿(如上升沿或下降沿)将数据位输出到MISO线。数据传输通常以字节为单位,从最高位(MSB)或最低位(LSB)开始,具体取决于设备配置。 - **从发送数据流程**: 1. **主发起传输**:主通过拉低片选信号(SS/CS)选择从,并生成SCK时钟。 2. **从响应**:在SCK的每个有效边沿,从取MOSI线上的输入数据(来自主),同时将自身数据输出到MISO线。 3. **数据传输完成**:当主停止SCK并拉高SS/CS时,传输结束。 - 例如,在Mode 0下,从在SCK上升沿输出数据位到MISO线,主在上升沿采样该数据。这个过程是全自动的,无需从主动“请求”发送;从的发送行为完全由主时钟驱动[^1]。 - **关键点**:SPI发送数据依赖于主提供的时钟。如果从需要主动发送数据(如传感器有数据要上报),它通常通过中断或状态寄存器通知主,然后主发起传输来取数据。从无法主动启动传输,因为SCK由主控制。 #### 2. **嵌入式系统中SPI发送数据的实现方法** 在嵌入式开发中,实现SPI发送数据分为硬件SPI软件SPI两种方式。硬件SPI利用微控制器(MCU)内置的SPI外设,效率高、速度快;软件SPI则通过GPIO引脚模拟时序,灵活性好但速度较低。以下具体说明: - **硬件SPI实现(推荐用于高速场景)**: - 如果嵌入式系统使用支持SPI模式的MCU(如STM32或ESP32),开发者需配置SPI外设寄存器: - 设置SPI为从模式(通过控制寄存器如SPI_CR1中的MSTR位)。 - 配置CPOLCPHA以匹配主模式。 - 使能MISO引脚,并将数据写入SPI数据寄存器(如SPI_DR)。当主发起传输时,MCU自动在SCK边沿将数据输出到MISO线。 - 示例代码(伪代码): ```c // 初始化SPI模式 void SPI_Slave_Init(void) { SPI->CR1 = SPI_CR1_SPE | SPI_CR1_CPOL_0 | SPI_CR1_CPHA_0; // 使能SPI,Mode 0 SPI->CR1 &= ~SPI_CR1_MSTR; // 设置为从模式 } // 发送数据函数 void SPI_Slave_SendData(uint8_t data) { while (!(SPI->SR & SPI_SR_TXE)); // 等待发送缓冲区空 SPI->DR = data; // 写入数据,数据将在主SCK下自动输出 } ``` - **优点**:硬件处理时序,减少CPU开销,支持高速通信(如引用[1]所述,SPI可达几十MHz)[^1]。 - **缺点**:依赖MCU的SPI硬件支持,不适用于所有平台。 - **软件SPI实现(适用于无硬件SPI的场合)**: - 当MCU无SPI外设时,可通过GPIO引脚模拟SPI时序。开发者需手动控制SCK、MOSI、MISOSS引脚的电平变化: - 将MISO引脚配置为输出模式。 - 在主提供的SCK信号下,检测时钟边沿(通过外部中断或轮询),并在正确边沿设置MISO引脚状态。 - 示例代码(伪代码,基于GPIO模拟): ```c // 定义GPIO引脚 #define MISO_PIN GPIO_PIN_0 #define SCK_PIN GPIO_PIN_1 // 假设SCK由主驱动,从需检测其变化 // 初始化GPIO void SoftSPI_Slave_Init(void) { GPIO_Init(MISO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT); // MISO为输出 GPIO_Init(SCK_PIN, GPIO_MODE_INPUT); // SCK为输入,监测主时钟 } // 发送单字节数据 void SoftSPI_Slave_SendByte(uint8_t data) { for (int i = 0; i < 8; i++) { while (GPIO_Read(SCK_PIN) == LOW); // 等待SCK上升沿(Mode 0假设) // 在上升沿输出数据位(从MSB开始) if (data & 0x80) { GPIO_Write(MISO_PIN, HIGH); } else { GPIO_Write(MISO_PIN, LOW); } data <<= 1; // 移位准备下一位 while (GPIO_Read(SCK_PIN) == HIGH); // 等待SCK下降沿 } } ``` - **优点**:通用性强,可在任何支持GPIO的设备上实现(如引用[2]所述,软件SPI通过程序控制时序)[^2]。 - **缺点**:时序精度依赖CPU速度,通信速度较低(通常低于1MHz),且增加CPU负载。 - **Linux系统下的特殊考虑**: - 在Linux嵌入式开发中,SPI驱动通常涉及内核模块。引用[3]提到的API(如`spi_sync`)是针对SPI的。对于从端,Linux提供了`spi_slave`框架,开发者需实现`spi_slave_driver`结构体,定义数据传输回调函数: - 在`transfer`回调中,当主发起传输时,从填充数据到缓冲区。 - 示例API使用: ```c static int spi_slave_transfer(struct spi_device *spi, struct spi_transfer *xfer) { // 当主取时,填充xfer->tx_buf(发送数据) memcpy(xfer->tx_buf, slave_data, xfer->len); return 0; } ``` - 这确保了从数据在主时钟下自动发送[^3]。 #### 3. **实际应用注意事项** - **同步问题**:从发送数据前,需确保主已选择从(SS/CS低电平)。如果从有数据待发送,可通过中断引脚通知主。 - **性能优化**:在高速系统中,优先使用硬件SPI;软件SPI适用于低速或资源受限设备(如引用[2]对比了软硬件效率)[^2]。 - **调试建议**:使用逻辑分析仪监控SCK、MISOMOSI信号,验证时序是否符合SPI模式。 - **可靠性**:确保电源稳定信号完整性,避免噪声干扰,尤其在长距离通信时。 总之,SPI发送数据的核心是响应主时钟:在嵌入式系统中,可通过硬件SPI外设或软件GPIO模拟实现。硬件方法高效但依赖MCU支持,软件方法灵活但较慢。实际开发中,需根据设备资源速度需求选择合适方式[^1][^2]。
评论 2
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值