几种最常用的串行数据传输总线(1)- SPI

2018-11-07 15:16:50 来源:电路设计技能
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串行数据总线由于占用较少的管脚被广泛应用在MCU和外设的连接中,在过去的几十年里,有三种最常用的多线串行数据传输格式SPI、I2C和UART。这3种串行总线的主要区别:
 
SPI - Serial Peripheral Interface(串行外设接口),突出了外设,也就有了主(Master - 控制器)和从(Slave - 外设)之分,在总线中也就只有一个“主人”,其它都是处于服从的位置,也就是Slave,它是一种有时钟信号的同步串行总线,从器件的寻址是靠专用的片选信号线SS来实现的;
 
I2C - Inter-Integrated Circuits(集成电路之间的连接),没有突出主次,也就是所有挂在总线上的器件都是平等的,它也是一种有时钟信号的同步串行总线,每个器件都有自己的地址,两根信号线都需要通过电阻上拉;
 
UART - universal asynchronous receiver/transmitter(通用异步收/发),顾名思义,它是异步串行总线,传输的信号中没有专用的时钟信号线。
 
由于很多MCU、外设芯片为了节省管脚,都采用了管脚功能复用的方式,同一个管脚既可以用于SPI,也可以用于I2C,根据具体的器件连接方式进行选用。当器件的管脚配置为I2C的时候,要记住在I2C的两根信号线(SCL、SDA)上一定要有上拉电阻,SPI则不需要。
 
今天我们就先来说说SPI:
 
SPI(Serial Peripheral Interface - 串行外设接口)是一种用于短距离通信(主要是嵌入式系统中)的同步串行通信接口规范,这种接口由Motorola发明,已经成了一种事实标准。广泛用于各种MCU处理器中,同传感器,串行ADC、DAC、存储器、SD卡以及LCD等进行数据连接。
 
 
几乎所有的微处理器/微控制器都有SPI/I2C和UART接口,而且不止一个
 
 
SPI和I2C也被广泛用于传感器的数字接口连接
 
 
即便FPGA也将SPI和I2C做成了硬化的IP在芯片内
 
主要的信号线:
SPI总线由4根主要的信号线组成以实现数据在主设备(Master)和从设备(Slave)之间的全双工(收、发同时执行)同步(由时钟同步)通信:
 
SCLK:串行时钟(由主设备输出),每个时钟周期将会移出一个新的数据位;
 
MOSI:主设备输出⇒从设备输入,数据由主设备进入从设备,器件A上的MOSI线连接到器件B上的MOSI线。
 
MISO:主设备输入⇐ 从设备输出,数据由从设备送到主设备(或其它从设备,采用菊花链配置),器件A上的MISO线连接到器件B上的MISO线。
 
SS(或SSN): 从设备选中(低电平有效),用于主设备控制从设备用,当该从选择信号线有效的时候表示主设备正在向相应的从设备发送数据或从相应的从设备请求数据。
 
SPI端口管脚的名字也有其它的叫法,不同的芯片公司叫法不同,比如:
 
串行输出: SCLK : SCK, CLK.
 
主输出 –> 从输入: MOSI:SIMO、SDI(for slave devices)、DI、DIN、SI、MTST.
 
主输入 ← 从输出: MISO:SOMI、SDO (for slave devices )、DO、DOUT、SO、MRSR.
 
从选择: SS: SSN、nCS、CS、CSB、CSN、EN、nSS、STE、SYNC.
 
 
主从器件之间的连接及数据传输方式
 
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