首先,让我们了解SPI传输的基本原理。主机和从机各自配备一个串行移位寄存器。主机通过向自己的SPI串行寄存器写入一个字节来启动数据传输。这个字节通过MOSI(主输出从输入)信号线传递给从机,而从机则通过MISO(主输入从输出)信号线将数据返回给主机。这样,两个寄存器的内容实现了交换。
在SPI传输中,写操作和读操作是同步进行的。如果主机只执行写操作,它可以忽略从机返回的字节。但如果主机想要读取从机的数据,它必须先发送一个无意义的字节以触发从机的数据传输。
虽然SPI协议支持同时读写,但在实际应用中,我们往往只需要单向通信。以下是基于BMA223数据手册的两种常见情况:
首先,考虑主机向从机写数据的情况。主机发送一个8位的数据,其中第一个位为0,表示这是一个写操作。接下来的7位(AD6至AD0)表示要写入数据的寄存器地址。写入过程中,SDO(从数据输出)线保持高阻态,主机可以认为读取到的是1。
其次,主机从从机读取数据的情况。主机首先发送一个8位的数据,其中第一个位为1,表示这是一个读操作。接下来的7位(AD6至AD0)表示要读取的寄存器地址。发送完地址后,从机的SDO线开始输出数据。
SPI协议中的CPOL和CPHA参数定义了时钟信号的空闲状态和采样点。以CPOL=1和CPHA=1为例,时钟空闲时为高电平,数据在时钟上升沿采集。
SPI传输的物理接口包括四条线:SCLK(时钟线)、MOSI、MISO和SS(从机选择线)。主机通过控制SS线来选择与哪个从机通信。当SS线为低电平时,对应的从机被选中并参与数据传输。
在实际应用中,SPI协议的灵活性使其能够适应多种不同的通信需求。例如,它支持不同速度的传输,并且可以通过改变时钟频率来适应不同的从设备。此外,SPI协议的硬件实现简单,使得它成为许多嵌入式系统的首选通信方式。
总结来说,SPI传输机制为嵌入式系统提供了一种高效、可靠的数据通信方法。通过理解其基本原理和操作方式,开发者可以更好地利用SPI协议实现系统间的数据交互。
SPI 传输机制
从图可以看出,主机和从机都有一个串行移位寄存器,主机通过向它的 SPI 串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器通过 MOSI
信号线将字节传送给从机,从机也将自己的移位寄存器中的内容通过 MISO 信号线返回给主机。这样,两个移位寄存器中的内容就被交换。
外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作,主机只需忽略接收到的字节;反之,若主机要读取从机的一个字节,就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
虽然 SPI 四线制支持读写同时进行,但实际上我们很多时候并不需要又读又写,见以下两种情况(参考 BMA223 数据手册):
注意:如下三幅图示均为 CPOL=1,CPHA=1
1、主机向从机写数据
主机发送先发送 8 bits,第一个 bit 为 0 代表这次主机是想写数据到从机,AD6~AD0
表示要写的寄存器地址。然后,主机就会一直写下去。在这期间 SDO 一直没用,一直是高阻态,算是一直读到1。
2、主机从从机读数据
这种情况下,主机先发送 8 bits,第一位为 1 代表这次是读,然后 AD6 ~ AD0 是想要读的寄存器地址,然后 SDO 开始返回数据。