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SPI接口全解析

2017-08-23 15:31:23

SPI(Serial Peripheral Interface,串行外設接口)是Motorola公司提出的一種同步串行數(shù)據(jù)傳輸標準,在很多器件中被廣泛應用。
 
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)傳輸過程由主機初始化。如圖1所示,其使用的4條信號線分別為:
1) SCLK:串行時鐘,用來同步數(shù)據(jù)傳輸,由主機輸出;
2) MOSI:主機輸出從機輸入數(shù)據(jù)線;
3) MISO:主機輸入從機輸出數(shù)據(jù)線;
4) SS:片選線,低電平有效,由主機輸出。
  
在SPI總線上,某一時刻可以出現(xiàn)多個從機,但只能存在一個主機,主機通過片選線來確定要通信的從機。這就要求從機的MISO口具有三態(tài)特性,使得該口線在器件未被選通時表現(xiàn)為高阻抗。
 
                                                 
 
2. 數(shù)據(jù)傳輸
 
在一個SPI時鐘周期內(nèi),會完成如下操作:
1) 主機通過MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù),從機通過該線讀取這1位數(shù)據(jù);
2) 從機通過MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù),主機通過該線讀取這1位數(shù)據(jù)。
  
這是通過移位寄存器來實現(xiàn)的。如圖2所示,主機和從機各有一個移位寄存器,且二者連接成環(huán)。隨著時鐘脈沖,數(shù)據(jù)按照從高位到低位的方式依次移出主機寄存器和從機寄存器,并且依次移入從機寄存器和主機寄存器。當寄存器中的內(nèi)容全部移出時,相當于完成了兩個寄存器內(nèi)容的交換。
 
                                            
 
3. 時鐘極性和時鐘相位
 
在SPI操作中,最重要的兩項設置就是時鐘極性(CPOL或UCCKPL)和時鐘相位(CPHA或UCCKPH)。時鐘極性設置時鐘空閑時的電平,時鐘相位設置讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘沿。
  
主機和從機的發(fā)送數(shù)據(jù)是同時完成的,兩者的接收數(shù)據(jù)也是同時完成的。所以為了保證主從機正確通信,應使得它們的SPI具有相同的時鐘極性和時鐘相位。
  
舉例來說,分別選取MSP430控制器和OLED驅(qū)動SH1101A為主從機,圖3和圖4為它們的SPI時序。由圖4可知,SH1101A的SPI時鐘空閑時為高電平,并且在后時鐘沿接收數(shù)據(jù),則MSP430控制器SPI的設置應與此保持一致。從圖3中可以看出,要使得時鐘在空閑時為高電平,應將UCCKPL置1;要使得在后時鐘沿接收數(shù)據(jù),應將UCCKPH清零。
 
   
   
 
4. 優(yōu)缺點
 
SPI接口具有如下優(yōu)點:
1) 支持全雙工操作;
2) 操作簡單;
3) 數(shù)據(jù)傳輸速率較高。

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


本文關鍵詞:SPI接口  

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