嵌入式通信原理—SPI总线通信原理与应用

文章目录

    • SPI 简介
      • 基本原理
      • 工作模式
      • 特点
    • SPI寻址方式
      • 1. 片选(Chip Select, CS)
      • 2. 多从设备通信
      • 3. 菊花链(Daisy-Chain)模式
      • 4. 地址寄存器(应用层)
    • SPI通信过程
      • 时钟信号生成(SCLK)
      • 数据传输(MOSI/MISO)
      • 数据采样与移位
      • 通信时序图
    • 极性和相位
      • 1. 时钟极性(CPOL)
      • 2. 时钟相位(CPHA)
      • SPI 的 4 种工作模式
      • 如何选择 CPOL 和 CPHA

SPI 简介

SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信协议,用于短距离的设备之间数据传输。它常用于微控制器与外部设备(如传感器、闪存、显示器等)的通信。SPI 具有以下主要特点:

基本原理

SPI 是主从模式的通信协议,通常包括一个主设备(Master)和一个或多个从设备(Slave)。主设备控制通信的时序,从设备根据主设备的指令进行响应。

SPI 使用以下四条主要信号线:

  1. MOSI(Master Out Slave In): 主设备发送数据到从设备的线路。
  2. MISO(Master In Slave Out): 从设备发送数据到主设备的线路。
  3. SCLK(Serial Clock): 主设备生成的时钟信号,用于同步数据传输。
  4. CS(Chip Select): 用于选择特定从设备进行通信,通常为低电平激活。

工作模式

SPI 通过时钟信号的不同相位和极性组合形成 4 种工作模式(Mode 0、1、2、3)。这 4 种模式根据 SCLK 的极性(CPOL)和相位(CPHA)决定数据的采样和发送时刻。

特点

  • 全双工同步通信: SPI 同时进行数据发送和接收,主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
  • 速度快: 由于是硬件控制的同步通信,SPI 的传输速度较高,通常比 I²C 等其他协议更快。
  • 多从设备: 一个主设备可以控制多个从设备,通过单独的CS 线选择不同的从设备。
  • 简单协议: SPI 协议没有复杂的仲裁或地址机制,相对容易实现。

在这里插入图片描述

SPI寻址方式

在 SPI 通信中,寻址方式主要是通过片选(Chip Select, CS)线来实现的。与 I²C 等协议不同,SPI 没有内置的寻址机制,具体是通过以下方式选择和管理从设备的:

1. 片选(Chip Select, CS)

SPI 使用片选线(也称为从选择线,SS/CS)来选择与哪个从设备进行通信,主设备需要向对应从设备的CS线上发送使能信号。每个从设备通常都有自己独立的 CS 引脚。当主设备需要与某个从设备通信时,它会将对应从设备的 CS 线拉低(即置为低电平,active low,高电平也可以,根据从机而定),表示选择该从设备进行通信。其他未被选中的从设备保持 CS 线高电平,不参与通信。

2. 多从设备通信

如果在一个 SPI 总线上有多个从设备,主设备需要为每个从设备提供单独的 CS 线。典型的 SPI 多从设备通信过程如下:

  • 主设备通过拉低某个从设备的 CS 线来选择该从设备。
  • 其他未选中的从设备的 CS 线保持高电平,因此它们不会响应 SPI 通信信号。
  • 选中设备通过 MOSI 线接收数据,通过 MISO 线向主设备发送数据。
  • 当通信结束后,主设备将该从设备的 CS 线拉高,停止与该设备的通信。

例如,若有 3 个从设备,主设备可能需要 3 根 CS 线分别控制每个从设备,标记为 CS1、CS2、CS3。当主设备要与从设备 2 通信时,会拉低 CS2,进行通信,而 CS1 和 CS3 保持高电平。

3. 菊花链(Daisy-Chain)模式

在某些特殊场景下,多个从设备可以通过 菊花链 连接在一个 SPI 总线上。菊花链模式下,从设备之间依次连接,数据从一个从设备流向下一个从设备。这种模式可以通过减少主设备上的 CS 线数量来节省引脚,但通信方式较为复杂。

在菊花链模式下,主设备通过串行时钟(SCLK)发送数据,数据依次经过每个从设备。主设备发送的数据经过所有从设备后,最后一个从设备将数据回传给主设备。此模式通常用于某些特定类型的设备,如 LED 驱动器或移位寄存器。

4. 地址寄存器(应用层)

虽然 SPI 协议本身没有设备地址机制,但可以通过应用层协议来实现类似的寻址功能。主设备发送的第一字节或前几位可以定义为设备的虚拟地址,只有匹配该地址的从设备会响应。在这种方式下,SPI 寻址逻辑需要通过硬件或软件协议来设计和实现。

在这里插入图片描述

SPI通信过程

时钟信号生成(SCLK)

主设备生成的时钟信号 (SCLK) 用于同步数据的传输。数据在时钟的上升沿或下降沿进行采样或发送(取决于设置的 CPOL 和 CPHA 模式)。

数据传输(MOSI/MISO)

  • 数据发送(MOSI): 主设备通过 MOSI(Master Out Slave In)线向从设备发送数据。主设备和从设备在时钟的相应沿根据协议设置同步数据发送。
  • 数据接收(MISO): 同时,从设备可以通过 MISO(Master In Slave Out)线向主设备发送数据。由于 SPI 是全双工通信,数据发送和接收可以在同一时刻进行。

通常数据位数为 8 位,主设备每发送一个字节,从设备无需应答主设备,发完一个数据之后,立即再发送下一个字节。数据的传输顺序一般是从最高位(MSB)到最低位(LSB),但也可以通过配置改变。

数据采样与移位

  • 在数据传输过程中,数据位在时钟的某个边沿被送出,在另一边沿被接收。具体的数据采样时刻取决于时钟的极性(CPOL)和相位(CPHA)。
  • 主设备和从设备内部有 移位寄存器,每次时钟脉冲会导致移位寄存器中的数据往左移一位,直至完成整个字节的发送和接收。

通信时序图

在这里插入图片描述

极性和相位

在 SPI 通信中,时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)是用于定义时钟信号的特性和数据采样时间的两个重要参数。这两个参数决定了数据在何时发送和接收。为了确保主设备和从设备能够正确通信,双方的时钟极性和相位必须一致。

1. 时钟极性(CPOL)

CPOL 定义了时钟信号在空闲状态下的电平。

  • CPOL = 0:空闲时钟线为 低电平
  • CPOL = 1:空闲时钟线为 高电平

2. 时钟相位(CPHA)

CPHA 定义了数据采样的时刻,即在时钟的哪个边沿对数据进行采样。

  • CPHA = 0:数据在第一个时钟边沿(时钟脉冲的第一个跳变沿,如上升沿或下降沿)进行采样或发送。
  • CPHA = 1:数据在第二个时钟边沿(时钟脉冲的第二个跳变沿,如上升沿或下降沿)进行采样或发送。

SPI 的 4 种工作模式

CPOLCPHA 的组合,SPI 有 4 种工作模式。这些模式规定了时钟信号的特性和数据传输的时序。主设备和从设备必须工作在相同的模式下,才能保证通信的正确性。

模式 0:CPOL = 0,CPHA = 0

  • 时钟空闲状态为低电平
  • 数据在上升沿(第一个边沿)采样,在下降沿发送。
  • 时钟处于低电平,数据在第一个上升沿采样。

模式 1:CPOL = 0,CPHA = 1

  • 时钟空闲状态为低电平
  • 数据在下降沿(第二个边沿)采样,在上升沿发送。
  • 时钟处于低电平,数据在第一个上升沿发送,第二个下降沿采样。

模式 2:CPOL = 1,CPHA = 0

  • 时钟空闲状态为高电平
  • 数据在下降沿(第一个边沿)采样,在上升沿发送。
  • 时钟处于高电平,数据在第一个下降沿采样。

模式 3:CPOL = 1,CPHA = 1

  • 时钟空闲状态为高电平
  • 数据在上升沿(第二个边沿)采样,在下降沿发送。
  • 时钟处于高电平,数据在第一个下降沿发送,第二个上升沿采样。

如何选择 CPOL 和 CPHA

  • CPOL 决定了空闲时钟的电平状态(高电平或低电平)。
  • CPHA 决定了数据在第一个边沿(上升沿或下降沿)还是第二个边沿进行采样。
  • 不同的设备可能要求不同的工作模式,选择 CPOL 和 CPHA 时需参照从设备的规格文档。主设备和从设备的 SPI 模式必须匹配才能成功通信。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/bicheng/54160.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

9.15javaweb项目总结

1.贴吧界面算是完成了基本的 能通过url打开多个贴吧信息的界面了,界面水平不是很高,界面还有待提升,然后该界面的功能点还差点有点远,完成度不是很高。 2.解决了关注的功能问题 要考虑的地方有点多,最简单的就是点击…

Axure RP 9最新安装程序及汉化包下载(支持Win、Mac版,附下载安装教程)

数月前Axure RP官方已经发布了Axure RP 9的消息,并计划在今年夏天发布beta版本。新版Axure RP 9将是该工具向前迈出的重要一步,其中包括一系列广泛的改进:全面的UI修改,新的设计和文档功能以及前所未有的内部优化。我们已经彻底重…

【Python 数据分析学习】Pandas基础与应用(1)

题目 1 Pandas 简介1.1 主要特征1.2 Pandas 安装 2 Pandas中的数据结构2.1 Series 数据结构和操作2.1.1 Series的数据结构2.1.2 Seres的操作 2.2 DataFrame 数据结构和操作2.2.1 DataFrame 数据结构2.2.2 Dataframe 操作2.2.3 DateFrame 的特殊操作 2.3 Series 和 DataFrame 的…

(MySQL、Redis)数据库的连接、启动和关闭的常用命令

一、MySQL相关终端命令 MySQL服务启动与停止、连接 #启动 #windows启动与停止 命令行指令、命令管理器手动启动停止#以管理员方式运行cmd,输入以下命令net start mysqlnet stop mysql #停止mysql服务#linux启动与停止systemctl start mysqld 或 service mysqld…

Jenkins生成html报告

下载插件 1.需要下载插件 html Publisher plugins 2.下载Groovy(设置css样式),默认没有css样式 在Job配置页面,增加构建步骤Execute system Groovy script,在Groovy Command中输入上面命令,即可: System.…

Java html生成pdf和图片

在 Java 项目中将 HTML 生成图片是一项常见需求,特别是用于生成报告、预览页面截图等。不同的库和工具在渲染能力、性能以及支持的功能上有所不同。以下是几种主流的技术选型和对比,帮助你选择适合的解决方案。 技术对比总结 技术名称优点缺点适用场景…

鸡蛋检测系统源码分享

鸡蛋检测检测系统源码分享 [一条龙教学YOLOV8标注好的数据集一键训练_70全套改进创新点发刊_Web前端展示] 1.研究背景与意义 项目参考AAAI Association for the Advancement of Artificial Intelligence 项目来源AACV Association for the Advancement of Computer Vision …

HTTP请求工具类

HTTP请求工具类 import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.HttpURLConnection; import java.net.URL;public class HttpUtils {/*** 发送GET请求并获取响应结果* * param url 请求的URL* return 响应结果…

kafka之protobuf

Protobuf 的 .proto 文件是一种描述消息结构的定义文件,使用这种文件可以定义数据结构(消息),然后生成对应语言的类或代码用于序列化和反序列化数据。生成 .proto 文件涉及到编写 .proto 文件定义,然后通过 protoc 编译…

理解Android开发中的MVC、MVVM和MVP设计模式

全篇大概1600 字,建议阅读时间10分钟。 引言 在 Android 应用开发中,设计模式是帮助开发者构建结构清晰、可维护性高的应用程序的关键工具。MVC(Model-View-Controller)、MVVM(Model-View-ViewModel)和 MV…

HarmonyOS开发5.0【封装request泛型方法】axios

一 准备工作 1. 先开启一下虚拟机的权限 src/main/module.json5 打开module.json5在15~19行 进行配置网络权限 2. 在终端下载安装一下 ohpm install ohos/axios 复制 粘贴进去回车就行 3. 这样显示就是安装好了 如果导入不行就关了重新启动 二 创建一个ETS文件,…

[程序员] 前人留下的苦难源,我们是否有勇气改正?

最近遇到一个客户现场发现的,表象是网络有问题,分析一圈下来发现是程序进入了某种死循环状态,耗尽CPU。 产品里的很多线程/进程的优先级设置的很高,甚至高过了内核运行程序的优先级,高过了产品内警告处理程序的运行&a…

mysql学习教程,从入门到精通,TOP 和MySQL LIMIT 子句(15)

1、TOP 和MySQL LIMIT 子句内容 在SQL中,不同的数据库系统对于限制查询结果的数量有不同的实现方式。TOP 关键字主要用于 SQL Server 和 Access 数据库中,而 LIMIT 子句则主要用于 MySQL、PostgreSQL(通过 LIMIT/OFFSET 语法)、S…

编译运行 webAssembly(wasm)

环境准备&#xff1a; lunix下docker 参考https://hub.docker.com/r/emscripten/emsdk 拉编译环境 docker pull emscripten/emsdk 编译 随便找个目录&#xff0c;敲下面命令&#xff0c;编译一个webAssembly 程序 # create helloworld.cpp cat << EOF > hellowo…

Python基础语法(1)上

常量和表达式 我们可以把 Python 当成一个计算器&#xff0c;来进行一些算术运算。 print(1 2 - 3) print(1 2 * 3) print(1 2 / 3) 这里我们可能会有疑问&#xff0c;为什么不是1.6666666666666667呢&#xff1f; 其实在编程中&#xff0c;一般没有“四舍五入”这样的规则…

Qt-QPushButton按钮类控件(22)

目录 描述 使用 给按钮添加图片 给按钮添加快捷键 添加槽函数 添加快捷键 添加组合键 开启鼠标的连发功能 描述 经过上面的一些介绍&#xff0c;我们也尝试的使用过了这个控件&#xff0c;接下来我们就要详细介绍这些比较重要的控件了 使用 给按钮添加图片 我们创建…

Java高级Day41-反射入门

115.反射 反射机制 1.根据配置文件re.properties指定信息&#xff0c;创建Cat对象并调用hi方法 SuppressWarnings({"all"}) public class ReflectionQuestion {public static void main(String[] args) throws IOException {//根据配置文件 re.properties 指定信息…

Nginx 实现会话保持的方式配置

在 NGINX 中实现会话保持&#xff08;Session Persistence&#xff09;&#xff0c;可以通过多种方法完成。以下是一些常见的方式&#xff1a; 1. 使用 IP 哈希&#xff08;IP Hash&#xff09; IP 哈希是一种简单的负载均衡策略&#xff0c;它基于客户端的 IP 地址将请求分配…

深入理解Java中的偏向锁、轻量级锁与重量级锁

深入理解Java中的偏向锁、轻量级锁与重量级锁 在Java的多线程编程中&#xff0c;锁&#xff08;Lock&#xff09;是确保线程安全和协调线程执行的核心机制。为了优化锁的性能&#xff0c;Java虚拟机&#xff08;JVM&#xff09;引入了多种锁优化技术&#xff0c;其中最重要的包…

带你0到1之QT编程:十一、掌握Containers容器艺术,一网打尽开发利器

此为QT编程的第十一谈&#xff01;关注我&#xff0c;带你快速学习QT编程的学习路线&#xff01; 每一篇的技术点都是很很重要&#xff01;很重要&#xff01;很重要&#xff01;但不冗余&#xff01; 我们通常采取总-分-总和生活化的讲解方式来阐述一个知识点&#xff01; …