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SPI邏輯分析測試,專家分析建議

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發布時間: 2023-12-17 03:40
最后更新: 2023-12-17 03:40
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詳細說明
SPI主從模式硬件連接如下圖

  SPI的通信原理很簡單,它以主從方式工作,這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備,需要至少4根線,事實上3根也可以(單向傳輸時)。也是所有基于SPI的設備共有的,它們是SDI(數據輸入),SDO(數據輸出),SCK(時鐘),CS(片選)。

SDO     – 主設備數據輸出,從設備數據輸入 對應MOSI master output slave input

SDI      – 主設備數據輸入,從設備數據輸出  對應MISO master input slave output

SCLK   – 時鐘信號,由主設備產生

CS        – 從設備使能信號,由主設備控制

  CS: 其中CS是控制芯片是否被選中的,也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時(高電位或低電位),對此芯片的操作才有效,這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能。

  SDI/SDO/SCLK: 通訊是通過數據交換完成的,這里先要知道SPI是串行通訊協議,也就是說數據是一位一位的傳輸的。這就是SCK時鐘線存在的原因,由SCK提供時鐘脈沖,SDI,SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過 SDO線,數據在時鐘上升沿或下降沿時改變,在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸,輸入也使用同樣原理。這樣,在至少8次時鐘信號的改變(上沿和下沿為一次),就可以完成8位數據的傳輸。

  要注意的是,SCK信號線只由主設備控制,從設備不能控制信號線。同樣,在一個基于SPI的設備中,至少有一個主控設備。

這樣傳輸的特點:這樣的傳輸方式有一個優點,與普通的串行通訊不同,普通的串行通訊一次連續傳送至少8位數據,而SPI允許數據一位一位的傳送,甚至允許暫停,因為SCK時鐘線由主控設備控制,當沒有時鐘跳變時,從設備不采集或傳送數據,也就是說,主設備通過對SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。SPI還是一個數據交換協議:因為SPI的數據輸入和輸出線獨立,允許完成數據的輸入和輸出。不同的SPI設備的實現方式不盡相同,主要是數據改變和采集的時間不同,在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義,具體請參考相關器件的文檔。

在點對點的通信中,SPI接口不需要進行尋址操作,且為全雙工通信,顯得簡單。在多個從設備的系統中,每個從設備需要獨立的使能信號,硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。

,SPI接口的一個缺點:沒有指定的流控制,沒有應答機制確認是否接收到數據。

AT91RM9200的SPI接口主要由4個引腳構成:SPICLK、MOSI、MISO及 /SS,其中SPICLK是整個SPI總線的公用時鐘,MOSI、MISO作為主機,從機的輸入輸出的標志,MOSI是主機的輸出,從機的輸入,MISO 是主機的輸入,從機的輸出。/SS是從機的標志管腳,在互相通信的兩個SPI總線的器件,/SS管腳的電平低的是從機,/SS管腳的電平高的是主機。在一個SPI通信系統中,必須有主機。SPI總線可以配置成單主單從,單主多從,互為主從。

SPI的片選可以擴充選擇16個外設,這時PCS輸出=NPCS,說NPCS0~3接4-16譯碼器,這個譯碼器是需要外接4-16譯碼器,譯碼器的輸入為NPCS0~3,輸出用于16個外設的選擇。

2.協議舉例

如下圖,是SPI的簡單收發時序圖。

SPI是一個環形總線結構,由ss(cs)、sck、sdi、sdo構成,其時序其實很簡單,主要是在sck的控制下,兩個雙向移位寄存器進行數據交換。
       假設下面的8位寄存器裝的是待發送的數據10101010,上升沿發送、下降沿接收、高位先發送。
       那么個上升沿來的時候 數據將會是sdo=1;寄存器=0101010x。下降沿到來的時候,sdi上的電平將鎖存到寄存器中去,那么這時寄存器=0101010sdi,這樣在 8個時鐘脈沖以后,兩個寄存器的內容互相交換一次。這樣就完成里一個spi時序。 

舉例: 
       假設主機和從機初始化就緒:并且主機的sbuff=0xaa,從機的sbuff=0x55,下面將分步對spi的8個時鐘周期的數據情況演示一遍:假設上升沿發送數據

這樣就完成了兩個寄存器8位的交換,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo相對于主機而言的。其中ss引腳作為主機的時候,從機可以把它拉底被動選為從機,作為從機的是時候,可以作為片選腳用。根據以上分析,一個完整的傳送周期是16位,即兩個字節,因為,主機要發送命令過去,從機根據主機的命令準備數據,主機在下一個8位時鐘周期才把數據讀回來。

     

  SPI 總線是Motorola公司推出的三線同步接口,同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK,一條數據輸入線MOSI,一條數據輸出線MISO;用于CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以發出和接收串行數據;可以當作主機或從機工作;提供頻率可編程時鐘;發送結束 中斷標志;寫沖突保護;總線競爭保護等。下圖示出SPI總線工作的四種方式,其中使用的為廣泛的是SPI0和SPI3方式 (實線表示):                  

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