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SPI接口协议介绍与应用说明发布时间:2018-1-12 15:18:01    被阅览数:

SPI总线介绍


  SPI(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)是由Motorola提出的一种全双工同步串行通信接口,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息,通信波特率可以高达5Mbps。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、网络控制器、LCD显示驱动器、AD转换器,数字信号处理器、数字信号解码器等设备之间。


  SPI接口一般使用4条线:

  (1)MOSI:主设备数据输出,从设备数据输入

  (2)MISO:主设备数据输入,从设备数据输出

  (3)SCLK:时钟信号,由主设备产生

  (4)NSS:从设备使能信号,由主设备控制


SPI接口协议介绍与应用说明

SPI设备连接示意图


  SPI接口主要优点:

  ● 支持全双工操作

  ● 操作简单

  ● 数据传输速率较高


  SPI接口主要缺点:

  ● 需要占用主机较多的线(每个从机都需要一条片选线)

  ● 只支持单个主机

  ● 没有指定的流控制

  ● 没有应答机制确认是否接收到数据


SPI接口工作特点


  1、SPI接口采用主-从模式(Master-Slave)控制方式

  两个SPI设备之间的通信必须由主设备(Master)来控制从设备(Slave)。主设备可以通过提供时钟信号以及对从设备进行片选来控制多个从设备。从设备本身并不产生时钟信号,其时钟信号由主设备提供。


SPI接口协议介绍与应用说明


  2、SPI接口采用同步方式(Synchronous)传输数据

  主设备会根据将要交换的数据来产生相应的时钟脉冲,时钟脉冲组成时钟信号,时钟信号通过时钟极性和时钟相位控制两个SPI设备间何时数据交换以及何时对接收到的数据进行采样, 来保证数据在两个设备之间是同步传输的。


  SPI有四种数据传输模式,如下表所示,主要差别在于:输出串行同步时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)可以进行配置。


SPI mode CPOLCPHAComments
000时钟的空闲状态为低电平;上升沿采样
101时钟的空闲状态为低电平;下降沿采样
210时钟的空闲状态为高电平;下降沿采样
311时钟的空闲状态为高电平;上升沿采样


  3、SPI接口数据交换(Data Exchanges)

  SPI设备间的数据传输又被称为数据交换。SPI协议规定一个SPI设备不能在数据通信过程中仅仅只充当发送者或者接收者,在每个时钟周期内,SPI设备都会发送并接收一个bit大小的数据,相当于该设备有一个bit大小的数据被交换。

  从设备要接收到主设备发过来的控制信号,必须在此之前能够被主设备访问,所以主设备必须首先对从设备进行片选。

  在数据传输的过程中,每次接收到的数据必须在下一次数据传输之前进行采样。如果之前接收到的数据没有被读取,那么这些已经接收完成的数据将有可能会被丢弃,因此,应用程序一般都会在SPI传输完数据后进行读取。


SPI协议


  SPI接口允许同时在两线(MOSI和MISO)发送和接收数据。时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)是定义SPI所使用的时钟格式的主要参数。根据时钟极性(CPOL),SPI时钟可以反转或不变。时钟相位(CPHA)用于改变采样相位。

  如果CPHA=0,那么将于第一个时钟边沿进行数据采样。

  如果CPHA=1,那么无论时钟边缘上升或下降,将于第二个时钟边沿进行数据采样。


  脉冲传输前和完成后都保持在低电平状态,即CPOL=0。在第一个边沿(上升沿)采样数据,第二个边沿(下降沿)输出数据,即CPHA=0。


SPI接口协议介绍与应用说明.gif


  脉冲传输前和完成后都保持在低电平状态,即CPOL=0。在第二个边沿(下降沿)采样数据,第一个边沿(上升沿)输出数据,即CPHA=1。


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  脉冲传输前和完成后都保持在高电平状态,即CPOL=1。在第一个边沿(下降沿)采样数据,第二个边沿(上升沿)输出数据,即CPHA=0。


SPI接口协议介绍与应用说明.gif


  脉冲传输前和完成后都保持在高电平状态,即CPOL=1。在第二个边沿(上升沿)采样数据,第一个边沿(下降沿)输出数据,即CPHA=1。


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  SPI读数据时序:


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  SPI写数据时序:


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SPI总线在英创主板平台上的应用


  支持SPI接口的芯片都可以直接和英创主板连接,并执行相应的功能。历年来,大量用户使用英创主板进行SPI应用和数据处理,英创也累积了丰富的工程经验。下面整理出了英创网站发表的相关技术文档供用户参考。虽然有一些方案文档中提到的英创主板是较老的型号,用户在新产品开发的时候未必会使用这些老主板产品,但是文中的软硬件使用技巧、编程技巧和方法等技术细节,是值得用户参考或者直接使用的。


  应用方案


EM9280系列SPI接口应用方案


  使用方法与技巧


使用GPIO控制SPI接口的AD芯片工控主板EM9160硬件SPI接口的应用

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