SPI及其接口介绍

《SPI及其接口介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SPI及其接口介绍（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、一一、S SP PI I 接接口口简简介介SPI(Serial Peripheral Interface-串行外设接口 )总线系统是一种同步串行外设接口，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。SPI 有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器 SPSR， 数据寄存器 SPDR。外围设备 FLASHRAM、网络控制器 、LCD 显示驱动器、 A/D 转换器(如图一所示)和 MCU 等。 图一、ADC 中的 SPI二二、S SP PI I 接接口口一个典型的 SPI 模块的核心部件是一个 8 位的移位寄存器和一个 8 位 的数据寄存器 SPIDR。通过 SPI 进

2、行数据传送的设备有主 SPI 和从 SPI 之 分，即 SPI 传送在一个主 SPI 和一个从 SPI 之间进行。图 二给出了两个 SPI 模块相互连接、进行 SPI 传送的示意图，图左边是一个主 SPI，图右边 为一个从 SPI。图二、典型 SPI 示意图在 AN-877 应用笔记中，对 spi 的接口定义与典型 spi 接口有所不同， AN-877 使用一根线 SDIO 代替了典型 SPI 的 MISO 和 MOSI，SS 接口用 CSB 代替。图三和图 四分别是双线模式下单器件控制（主从一对一）和双线模式 下多器件控制（主从一 对多）。图三：主从一对一控制图四：主从一对多控制不管是典型

3、SPI 还是三引脚 SPI，其基本原理都是一样的，都是主SPI 通过 SDIO（或 MISO 与 MOSI）将数据传递 到从 SPI 中，通过从 SPI 控制功 能模块。一般来说 ADC 中的 SPI 指的是模块中的从 SPI 极其接口，主 SPI 可以使用 MCU 或者单片机实现。 主 SPI 不属于器件的部分，可以不用考虑， 操作起来比较简单。 从 SPI 由指令移位寄存器、指令数据缓存器、寄存器控制逻辑、寄存器 构成，如图五所示。 主 SPI 发送过来的串行数据先依次进入指令移位寄存器，指令移位寄存 器再依次将数据传送到指令缓存器。寄存器控制逻辑根据MSB 优先或 LSB 优先控制指令移

4、位寄存器的移位以及控制指令缓存器的输出，将其传送到相 应地址的寄存器当中。寄存器包括三种类型：配置寄存器、传送寄存器和编 程寄存器。寄存器存入相应数据之后，先根据配置寄存器配置串行接口，编 程寄存器再根据寄存器功能表中的定义输出相对应的控制信号，最后根据传 送寄存器指令统一输出控制信号。指令缓存器指令移位寄 存器控制逻辑 寄存器寄存器 功能模块指令图五： SPI 接口的功能模块三三、S SP PI I 协协议议（根根据据 A AN N- -8 87 77 7 应应用用笔笔记记）SPI接口有主机跟从机之分，主从机可以是一对一，也可以是一对多， 但是原理都一样。 主从机之间一般由 3个引脚组成 ：

5、串行时钟引脚 （SCLK）、串行数据输入 /输出引脚（ SDIO）、片选引脚（ CSB）。 1 1、引引脚脚 数据输入/输出（SDIO）：该引脚用作数据的输入 /输出，用作输入还 是用作输出具体取决于所发送的指令（读或写）以及时序帧中的 相对位置 （指令周期或数据周期）。在读或写的第一个阶段，该引脚用作输入，将信 息传递到内部状态机。如果该命令为读命令，状态机把该引脚（SDIO）变 为输出，然后该引脚将数据回传给外部控制器。如果该命令为写命令，该引 脚始终用作输入。 串行时钟（SCLK）：SCLK 由外部控制器提供，时钟频率最高为 25MHZ。所有数据的输入输出都是与 SCLK 同步的。输入数

6、据在 SCLK 的上升 沿有效，输出数据在 SCLK 的下降沿有效。片选信号（CSB）：CSB 是低电平有效的控制信号，用于选通读写周期。 当 CSB 为低电平时， SPI 才会处理 SDIO 上的数据信息。当 CSB 为高电平时， SPI 忽略 SDIO 上的数据信息。此外， CSB 还有一种特殊作用。 CSB 可以在 字节边界处停止在高电平，为外部的时序处理提供更多的时间。（见图 2）图六：带有停止时间的 MSB 优先指令和数据2 2、格格式式当内部状态机处在空闲状态且第一次在SCLK 的上升沿检测到 CSB 为低 电平时，确认为帧的开始。传输的第一个阶段为指令阶段，指令由16 位组 成，

7、之后是数据阶段，数据由一个或多个8 位组成，长度不定。 （1 1）指指令令周周期期 指令周期为传输的前 16 位，如下图所示，指令周期划分为若干位段。 A A、读读/ /写写 在 MSB 优先（参见“位序”部分）时，数据流中的第一位是读 /写指示 位。 若该位为高电平，则表示指令为读取指令。当指令周期（前16 位）完 成时，内部状态机使用所提供的信息解码要读取的内部地址。随后SDIO 由输入变为输出，由字长定义的适当数量的字从器件移位出来（参见“字 长”部分）。一旦字长所要求的所有数据均已移位输出，状态机便返回空闲 模式，等待下一个指令周期。 此时应拉高 CSB，表示一次处理结束。 若数据流中

8、的第一位为低电平，则表示指令为写入指令。指令周期完成 时，内部状态机使用所提供的信息解码要写入的内部地址。指令之后的所有 数据均将移入 SDIO 引脚并送往目标地址（当需要写入的数据为多个时，地 址将自动递增或递减）。一旦传输完所有数据，状态机便返回空闲模式，等 待下一个指令周期。 此时应拉高 CSB，表示一次结束。 无论是读取模式还是写入模式，处理过程都会持续到字长要求时或 CSB 线路拉高（在非流处理模式的字节边界处（参见 “字长”部分）除外） 时为止。如果到达存储器的末端（ 0x00 或 0xFF），则会发生翻转，下一个 处理的地址为 0x00（地址递增时）或 0xFF（地址递减时）。B

9、 B、字字长长W1 和 W0 表示要读取或者写入的数据字节数。具体设置和操作如下表：表 1：W1、W0 的设置和操作（W1：W0）+1）所表示的值是要传输的字节数。如果要传输的字节数 小于等于三个（ 00，01，10），则 CSB 可以在字节边界停止在高电平，而 停止在非字节边界会终止通信周期。如果这两位为11，则为流处理模式。 在此模式下，只要拉高 CSB 就会终止通信周期，任何未完成的字节均会丢失， 已完成的字节会得到正确的处理。 C C、地地址址位位 其余 13 位为所发送数据或要读取数据的起始地址位。如果需要处理的 数据不止一个字节，则会使用顺序寻址，从指定的地址开始，按照设定的模 式

10、递增或递减。 （2 2）数数据据周周期期 指令周期之后是数据周期。要处理的数据量由字长（W1、W0）指定。 所有的数据都是 8 位的，若状态机检测到数据不完整，就会复位到空闲状态， 等待下一个帧的开始。 （3 3）位位序序 发送和接收数据有两种模式： MSB 优先和 LSB 优先（参见控制寄存器 0x00）。上电时默认为 MSB 优先。可以通过对控制寄存器编程改变位序模式。 在 MSB 优先模式下，位序为从最高位到最低位。在LSB 优先模式下，位序 为从最低位到最高位。四四、S SP PI I 中中寄寄存存器器的的设设计计SPI 端口是一种由外部输入信号来配置寄存器的机制，因此需要指令移 位寄

11、存器和指令缓存器对输入进来的数据进行暂存。此外对器件进行编程， 需要定义一个结构化的寄存器空间，此结构可细分为多个地址，数据传输的 指令阶段中的地址即指向这些地址。每个地址可寻址一个8 位的字节，每 一位均有其特定的含义和作用， 具体寄存器定义见 AN-877 的表 14 或 AD9254 的表 15。1 1、配配置置寄寄存存器器（地地址址 00）配置寄存器位于地址 00，该寄存器用来配置串行接口，包含有2 个有效位，位于高半字节当中，低半字节未连接，留做备用。其功能是使芯片软复位并配置在已知状态，而与当前的数据移位方向无关，这将确保在发生故障时器件能够给予积极处理。2 2、传传送送寄寄存存器

12、器（地地址址 F FF F）W1:W0 设置操作CSB 停止 00可以传输 1 个字节数据可选 01可以传输 2 个字节数据可选 10可以传输 3 个字节数据可选 11可以传输 4 个或更多字节数据， CSB 必须 在整个操作序列中保持低电平，否则周期 即终止。不允许传送寄存器即提供软件传输信号。一般寄存器都需要采用主从触发器进行缓冲，缓冲可以增强系统的多器件同步能力，并有助于写入对存储器其他部分写入的值可能有依赖关系的配置。根据需要的不同，有些寄存器需要这样的缓冲，例如编程寄存器。有些寄存器则永远不会进行缓冲，例如配置寄存器和传送寄存器，因为出于程序和控制目的，这些寄存器要求及时获得响应。无

13、论缓冲与否，SPI 端口都要负责将信息放入寄存器中，不过对于采用缓冲的寄存器，必须启动传输以将数据移出。3 3、编编程程寄寄存存器器 本报告中所用到的编程寄存器的地址包括 （08、09、10、14、16、18）。当编程寄存器按照表 3-3 输入相对应的值 后，应产生一系列的控制信号，如表3-4 所示。这些控制信号产生后被锁 存，并在软件传输的命令下达后，才会被一起传输到后面的模块。4 4、控控制制寄寄存存器器 控制寄存器由两个寄存器组组成：主寄存器和从寄存器。主寄存器暂存 输入数据，当一个传输信号（ 0xFF 寄存器的第 0 位）为高电平时，主寄存 器的内容将全部传到相应的从寄存器，随后内部电

14、路会自动把该位置为 0。从寄存器直接用来控制芯片内部其他电路的工作特性。但也有一些寄存 器不采用这种主从模式，当需要向这些寄存器写入数据时，数据不经过主寄 存器，而直接写入从寄存器，如 0x00，0xff，0x04,0x05。其中 0x00 的 bit4 和 bit3 应该始终为 1。本报告保留的控制寄存器有 （0x00、0x18、0x2A、0x2C、0xFF）一共 29 个寄存器。（细节请参考 AD9254 和 AN-877），其中控制寄存器 0x00 的高四位和低四位应该是镜像 关系（写入数据时要保证此镜像关系），位7 和位 0 恒为 0，位 4 和位 3 恒为 1。 总之，反向来看，例如

15、要实现软复位功能，从 AD9254 表 15 所示的功 能来看（如图七所示），地址为 0X00 的寄存器的第 5 位为 1 时便可以实现 软复位的功能。所以要实现软复位功能，只需要通过主SPI 向地址为 0X00 的寄存器，输入 001110000 的数据即可。图七：寄存器功能设定五五、综综述述- -S SP PI I 心心得得1、SPI 是通过配置寄存器来控制电路 2、SPI 的核心是寄存器，通过 SPI 控制电路的实质就是通过寄存器控制电路 3、电路中的 SPI 是主从 SPI 的一部分（一般是从 SPI 及其接口）， 主 SPI 一般可以由单片机或者是 MCU 构建，其作用是向从 SPI 写 数据。 4、要实现电路的某一个功能，首先 定义寄存器，然后通过主 SPI 向 该寄存器写入要达到 某功能的数据即可。六六、报报告告不不足足与与后后期期计计划划1 1、对对 S SP PI I 进进行行简简单单应应用用的的设设计计。 2、对 SPI 进行时序分析 3、对已出电路进行模块分析，以及实际电路分析 4、对寄存器、指令如何控制电路功能进行简单了解参参考考文文献献：1、AN-877 应用笔记：http:/ 2、AD9254 使用说明书：http:/ 3、SPI 及其接口设计：http:/ QQ：865198143 进行交流