串行外設接口（SPI）協(xié)議課件.ppt

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1、4.9通用串行通信接口(USCI)—SPI模式主要內(nèi)容SPI總線協(xié)議總線結構工作模式數(shù)據(jù)傳輸時序MSP430SPI模塊模塊的特性主從機模式SPI模塊寄存器應用示例SPI總線介紹SPI接口是Motorola首先提出的全雙工三/四線同步串行外圍接口，采用主從模式架構，支持多從設備應用，一般只支持單主設備。利用3~4條線完成兩個芯片之間的雙工高速通信。兩條數(shù)據(jù)線用于收發(fā)數(shù)據(jù)，一條時鐘線用于同步，一條作為從機選擇。時鐘由主設備控制，當主機發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)（通過主出從入MOSI引腳）的同時，從機返回一字節(jié)數(shù)據(jù)（通過主入從出MISO引腳）?？偩€上

2、允許連接多個設備，在同一時刻只允許一個主機操作總線，并且同時只能與一個從機通信。主機控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。目前應用中的數(shù)據(jù)速率可達Mbps級。SPI總線可在軟件的控制下構成各種簡單的或復雜的系統(tǒng)：1個主MCU和幾個從MCU幾個從MCU相互連接構成多主機系統(tǒng)(分布式系統(tǒng))1個主MCU和1個或幾個從I/O設備<常用>SPI總線結構SPI典型結構如下：SPI工作模式主機模式：當器件作為主機時，使用一個IO引腳拉低相應從機的選擇引腳(STE)，傳輸?shù)钠鹗加芍鳈C發(fā)送數(shù)據(jù)來啟動，時鐘(SCK)信號由主機產(chǎn)生。通過MOSI發(fā)送數(shù)據(jù)，同時通過MISO引

3、腳接收從機發(fā)出的數(shù)據(jù)。從機模式：當器件作為從機時，傳輸在從機選擇引腳(STE)被主機拉低后開始，接收主機輸出的時鐘信號，在讀取主機數(shù)據(jù)的同時通過MISO引腳輸出數(shù)據(jù)。SPI電氣連接以４線SPI為例，其通信時需要的4個引腳分別為：引腳名稱類型描述SCK輸入/輸出串行時鐘，用于同步SPI接口間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號。該時鐘信號總是由主機驅動，并且從機接收STE輸入從機選擇，SPI從機選擇信號是一個低有效信號，用于指示被選擇參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹臋C。每個從機都有各自特定的從機選擇輸入信號。MISO輸入/輸出主入從出，MISO信號是一個單向的信號，它將

4、數(shù)據(jù)由從機傳輸?shù)街鳈C。MOSI輸入/輸出主出從入，MOSI信號是一個單向的信號，它將數(shù)據(jù)從主機傳輸?shù)綇臋C。SPI主機SPI從機1SPI從機2SSELSPIBUSP0.1P0.2nCSnCS作SPI主機時，STE要接上拉電阻STE引腳作用STE：從機模式發(fā)送接收允許控制引腳，控制多主從系統(tǒng)中的多個從機。該引腳不用于3線SPI操作，可以在4線SPI操作中使多主機共享總線，避免發(fā)生沖突。4線SPI操作主模式中，STE的含義如下：SIMO和SCLK被強制進入輸入狀態(tài)SIMO和SCLK正常操作4線SPI操作從模式中，STE的含義如下：允許從機發(fā)

5、送接收數(shù)據(jù)，SIMO正常操作禁止從機發(fā)送接收數(shù)據(jù)，SIMO被強制進入輸入狀態(tài)SPI數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸格式：通常是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。一些增強型MCU中可以通過軟件設置高位在前或低位在前。下面以８位數(shù)據(jù)的傳輸為例，看一下４種不同數(shù)據(jù)傳輸格式的時序。首先介紹兩個概念：1.時鐘極性：表示時鐘信號在空閑時是高電平還是低電平。2.時鐘相位：決定數(shù)據(jù)是在SCK的上升沿采樣還是在SCK的結束沿采樣。SPI傳輸時序時鐘相位為1時鐘前沿數(shù)據(jù)輸出時鐘后沿數(shù)據(jù)采樣時鐘信號極性0極性1從機選擇時鐘相位控制為0時鐘前沿數(shù)據(jù)采樣時鐘后沿數(shù)據(jù)輸出

6、時鐘前沿輸出時鐘后沿采樣時鐘前沿采樣時鐘后沿輸出傳輸模式根據(jù)時鐘極性(CPOL)及相位(CPHA)不同可以組合成4種工作模式：SPI0，SPI1，SP2，SP3.（1）SPI0：CPOL=0,CPHA=0（2）SPI1：CPOL=0,CPHA=1（3）SPI2：CPOL=1,CPHA=0（4）SPI3：CPOL=1,CPHA=1傳輸模式時鐘極性(CPOL)定義了時鐘空閑狀態(tài)電平，對傳輸協(xié)議沒有重大影響。CPOL=0：時鐘空閑狀態(tài)為低電平。CPOL=1：時鐘空閑狀態(tài)為高電平。傳輸模式時鐘相位(CPHA)定義數(shù)據(jù)的采樣時間。CPHA=0：

7、在時鐘的第一個跳變沿(上升沿或下降沿)進行數(shù)據(jù)采樣。CPHA=1：在時鐘的第二個跳變沿(上升沿或下降沿)進行數(shù)據(jù)采樣。SPI接口內(nèi)部結構SCK_inSCK_outSS_inSPI移位寄存器SPI狀態(tài)寄存器SPI時鐘發(fā)生器&檢測器輸出使能邏輯SPI寄存器接口SPI中斷VPB總線SPI總線SCK_out_enMOSI_out_enMISO_out_en特點優(yōu)點：（1）接口簡單，利于硬件設計與實現(xiàn)。（2）時鐘速度快，且沒有系統(tǒng)開銷。（3）相對抗干擾能力強，傳輸穩(wěn)定。特點缺點：（1）缺乏流控制機制，無論主器件還是從器件均不對消息進行確認，主器

8、件無法知道從器件是否繁忙。因此，需要軟件彌補，增加了軟件開發(fā)工作量。（2）沒有多主器件協(xié)議，必須采用很復雜的軟件和外部邏輯來實現(xiàn)多主器件架構。通用串行通信接口(USCI)模塊通用串行通信接口(USCI)模塊支持多種串行通