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SPI接口全解析

2017-08-23 15:31:23

SPI(Serial Peripheral Interface,串行外設(shè)接口)是Motorola公司提出的一種同步串行數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),在很多器件中被廣泛應(yīng)用。
 
1. 接口
 
SPI接口經(jīng)常被稱為4線串行總線,以主/從方式工作,數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程由主機(jī)初始化。如圖1所示,其使用的4條信號(hào)線分別為:
1) SCLK:串行時(shí)鐘,用來(lái)同步數(shù)據(jù)傳輸,由主機(jī)輸出;
2) MOSI:主機(jī)輸出從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線;
3) MISO:主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線;
4) SS:片選線,低電平有效,由主機(jī)輸出。
  
在SPI總線上,某一時(shí)刻可以出現(xiàn)多個(gè)從機(jī),但只能存在一個(gè)主機(jī),主機(jī)通過(guò)片選線來(lái)確定要通信的從機(jī)。這就要求從機(jī)的MISO口具有三態(tài)特性,使得該口線在器件未被選通時(shí)表現(xiàn)為高阻抗。
 
                                                 
 
2. 數(shù)據(jù)傳輸
 
在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi),會(huì)完成如下操作:
1) 主機(jī)通過(guò)MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù),從機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù);
2) 從機(jī)通過(guò)MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù),主機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù)。
  
這是通過(guò)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示,主機(jī)和從機(jī)各有一個(gè)移位寄存器,且二者連接成環(huán)。隨著時(shí)鐘脈沖,數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機(jī)寄存器和從機(jī)寄存器,并且依次移入從機(jī)寄存器和主機(jī)寄存器。當(dāng)寄存器中的內(nèi)容全部移出時(shí),相當(dāng)于完成了兩個(gè)寄存器內(nèi)容的交換。
 
                                            
 
3. 時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位
 
在SPI操作中,最重要的兩項(xiàng)設(shè)置就是時(shí)鐘極性(CPOL或UCCKPL)和時(shí)鐘相位(CPHA或UCCKPH)。時(shí)鐘極性設(shè)置時(shí)鐘空閑時(shí)的電平,時(shí)鐘相位設(shè)置讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)鐘沿。
  
主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)是同時(shí)完成的,兩者的接收數(shù)據(jù)也是同時(shí)完成的。所以為了保證主從機(jī)正確通信,應(yīng)使得它們的SPI具有相同的時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位。
  
舉例來(lái)說(shuō),分別選取MSP430控制器和OLED驅(qū)動(dòng)SH1101A為主從機(jī),圖3和圖4為它們的SPI時(shí)序。由圖4可知,SH1101A的SPI時(shí)鐘空閑時(shí)為高電平,并且在后時(shí)鐘沿接收數(shù)據(jù),則MSP430控制器SPI的設(shè)置應(yīng)與此保持一致。從圖3中可以看出,要使得時(shí)鐘在空閑時(shí)為高電平,應(yīng)將UCCKPL置1;要使得在后時(shí)鐘沿接收數(shù)據(jù),應(yīng)將UCCKPH清零。
 
   
   
 
4. 優(yōu)缺點(diǎn)
 
SPI接口具有如下優(yōu)點(diǎn):
1) 支持全雙工操作;
2) 操作簡(jiǎn)單;
3) 數(shù)據(jù)傳輸速率較高。

同時(shí),它也具有如下缺點(diǎn):
1) 需要占用主機(jī)較多的口線(每個(gè)從機(jī)都需要一根片選線);
2) 只支持單個(gè)主機(jī)。


本文關(guān)鍵詞:SPI接口  

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