用Verilog语言写的CPLD和MCU通讯的SPI接口程序
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用Verilog语言写的CPLD和MCU通讯的SPI接口程序
2010-04-12 21:32
近日,在调试Altera的MAXII系列的一款CPLD,做了一个SPI接口同MCU通讯,MCU做主机通过SPI对CPLD做读写操作,经过测试验证,效果不错。程序代码如下,独立模块,可以根据实际应用直接实例化使用。
说明: 代码中的"\* ... *\"注释不能在网页上显示出来,源文件可在链接博客中直接下载.
**************************************************************************
* spi
*
* Filename : spi.v
* Programmer: jose.huang
* Project :
* Version : V1.0
* TOP MODULE: SpiModule.v
* Describel : spi总线,数据移位处理模块;
* 发送,接收均为8位数据;
* 接收时,上升沿移入数据;
* 发送时,上升沿来之前放上数据
* 用于SPI从动模式
* ************************************************************************
* Date Comment Author Email TEL
* 08-31 original jose.huang work_email@https://www.360docs.net/doc/762020691.html,
* ------- ----
*
************************************************************************** module spi (rst,clk,
sdi,sdo,sck,cs,
OData,IData,
ReceiveFlag,TransFlag,TransEndFlag);
input rst; // 异步清零
input sdi; // spi data input
input sck; // spi clk, MAX 25MHz
input cs; // spi enable
input clk; // cpld main clk,MIN 50MHz
input[7:0] IData; // Input 8bit Data want to transmit to mcu
input TransFlag; // 发送标志
output reg sdo; // spi data output
output reg[7:0] OData; // Receive 8bit Data 命令字或数据
output reg ReceiveFlag; // 收到8bit Data 标志
output reg TransEndFlag; // 发送结束标志
reg[2:0] CPLDPort;
reg[2:0] TempPort;
reg[2:0] BufferPort; // sampling CPLD IO Data to BufferPort
reg[7:0] samplnum;
always@(posedge clk)
begin
CPLDPort[0] <= sdi;
CPLDPort[1] <= sck;
CPLDPort[2] <= cs;
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst) // 异步清零
begin
samplnum <= 8'b0;
end
else if(TempPort == CPLDPort)
begin
samplnum <= samplnum + 1'b1;
end
else
begin
samplnum <= 8'b0;
TempPort <= CPLDPort;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst) // 异步清零
begin
BufferPort[0] <= 1'b0; //CPLDPort[0] <= sdi; BufferPort[1] <= 1'b0; //CPLDPort[1] <= sck; BufferPort[2] <= 1'b1; //CPLDPort[2] <= cs;
end
else
begin
if(samplnum > 10) // set by cpld main clk and spi clk begin
BufferPort <= TempPort;
end
else BufferPort <= BufferPort;
end
end
wire wsdi;
wire wsck;
wire wcs;
assign wsdi = BufferPort[0]; //CPLDPort[0] <= sdi; assign wsck = BufferPort[1]; //CPLDPort[1] <= sck; assign wcs = BufferPort[2]; //CPLDPort[2] <= cs;
// 计数
reg[7:0] ShiftCounter;
reg[7:0] ClrFlagCounter;
reg Bwsck;
always@(posedge clk or negedge rst or posedge wcs) begin
if(!rst) // 异步清零
begin
ShiftCounter <= 8'b0;
ReceiveFlag <= 1'b0;
TransEndFlag <= 1'b0; // shift状态清接收标志Bwsck <= 1'b0;
end
else if(wcs) // 结束异步清零
begin
ShiftCounter <= 8'b0;
Bwsck <= 1'b0;
if(ClrFlagCounter == 10)
begin
ReceiveFlag <= 1'b0; // SPI操作结束清接收标志TransEndFlag <= 1'b0; // shift状态清接收标志
end
else ClrFlagCounter <= ClrFlagCounter + 1'b1;
end
else
begin
Bwsck <= wsck;
ClrFlagCounter <= 8'b0;
if(wsck && (!Bwsck)) // 上升沿处理
begin
if(ShiftCounter == 7)
begin
ShiftCounter <= 8'b0;
if(!TransFlag) // receive data from mcu ReceiveFlag <= 1'b1; // 收到8bit data
else
TransEndFlag <= 1'b1; // 发送完成
end
else
begin
ShiftCounter <= ShiftCounter + 1'b1;
ReceiveFlag <= 1'b0; // shift状态清接收标志TransEndFlag <= 1'b0; // shift状态清接收标志
end
end
end
end
// 移位
always@(posedge clk or negedge rst or posedge wcs) begin
if(!rst)
sdo <= 1'b0;
else if(wcs)
sdo <= 1'b0;
else if(wsck && (!Bwsck)) //上升沿处理
begin
if(!TransFlag) // receive data from mcu
begin
OData <= {OData[6:0],wsdi};
end
else // transmit data to mcu
begin
sdo <= IData[7-ShiftCounter];
end
end
end
endmodule
波形图
用GPIO模拟SPI协议的实现
一SPI协议概括 SPI,是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如AT91RM9200. SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI (数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)。 (1)SDO –主设备数据输出,从设备数据输入 (2)SDI –主设备数据输入,从设备数据输出 (3)SCLK –时钟信号,由主设备产生 (4)CS –从设备使能信号,由主设备控制
其中CS是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因,由SCK提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。 要注意的是,SCK信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于SPI的设备中,至少有一个主控设备。这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而SPI允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为SCK时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。
基于verilog的SPI设计
武汉理工大学本科学生毕业设计(论文)开题报告
目录 摘要.................................................................................. I Abstract ............................................................................. II 1 绪论.. (3) 1.1课题研究背景 (3) 1.2 SPI研究目的及意义 (4) 1.3 本章小结 (4) 2 SPI原理分析 (5) 2.1 SPI介绍 (5) 2.2 SPI工作模式 (6) 2.3 SPI传输模式 (6) 2.4 SPI协议 (7) 2.5 本章小结 (8) 3 方案论证 (10) 3.1在51系列单片机系统中实现 (10) 3.2 用可编程逻辑器件设计SPI (11) 3.3 本章小结 (11) 4 SPI的电路设计 (12) 4.1 SPI设计系统的功能 (12) 4.2 SPI各部分具体实现 (12) 4.2.2 SPI系统中所用的寄存器 (13) 4.2.3 SPI速率控制 (14) 4.2.4 SPI控制状态机 (14) 4.2.5 SPI程序设计流程图 (15) 4.3 SPI仿真及开发板上调试验证分析 (16) 4.3.1 仿真分析 (16) 4.3.2开发板上调试 (18) 4.4 本章小结 (20) 5 论文总结 (21) 致谢 (22) 参考文献 (23) 附录1 (24) 附录2 (28)
摘要 随着专用集成电路(ASIC)设计技术的进步以及超大规模集成电路(VLSI)工艺技术的飞速发展,以及其价格的日益降低,采用FPGA编程的硬件电路来实现诸如SPI接口也日益切实可行,相对软件实现具有更好的优点。SPI接口是一种常用的标准接口,由于其使用简单方便且节省系统资源,很多芯片都支持该接口,SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间等等。 由于SPI接口是一种事实标准,并没有标准协议,大部分厂家都是参照Motorola的SPI接口定义来设计的,但正因为没有确切的版本协议,不同厂家产品的SPI接口在技术上存在一定的差别,容易引起歧义,有的甚至无法互联(需要用软件进行必要的修改)。本文基于一种使用较为普遍的协议来进行设计,并参照Motorola公司的MC68HC11A8单片机中的SPI模块定义来设计的简化的SPI接口,用Verilog语言进行编写设计,并在ISE 软件上进行设计仿真,并在基于Xlinx公司的Spartan-3E芯片的Digilent公司出品的Nexys2开发板上用在线逻辑分析仪chipscope进行板上调试验证观察结果,并完成实现功能,并具有一些独创性的设计。 关键词:FPGA Verilog SPI协议 chipscope ISE
详解SPI总线应用
详解SPI总线规范 SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写,中文意思是串行外围设备接口,SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式,是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。 SPI概述 SPI:高速同步串行口。3~4线接口,收发独立、可同步进行. SPI,是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCX X系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如AT91RM9200. SPI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。外围设置FLASH RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口,该接口一般使用4条线:串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)。 (1)SDO –主设备数据输出,从设备数据输入 (2)SDI –主设备数据输入,从设备数据输出 (3)SCLK –时钟信号,由主设备产生 (4)CS –从设备使能信号,由主设备控制 其中CS是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因,由SCK提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。 要注意的是,SCK信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于SPI的设备中,至少有一个主控设备。这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而SPI允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为SCK时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。
veriolg实现spi总线
从机模块slave_spi.v连接有ram,模拟CA T25010芯片存储数据,用rden,wren,data,address 进行通信,CAT25010芯片具体通信协议可参考起使用说明。 module slave_spi(clk,rst,cs,sck,si,so,rden,wren,data,address,data_send); input clk,rst,cs,sck; input si; input [7:0] data_send; //读取外部ram的数据,用于发送 output rden,wren; output [7:0] data; //写入外部ram的数据 output [7:0] address; //写入外部ram的数据的地址 output so; reg rden,wren; reg [7:0] data; reg [7:0] address; reg [7:0] data_in; reg [7:0] addr_in; reg [7:0] data_send_buff; reg so_buff,link_so; reg [4:0] s_state; reg [3:0] read_state; reg [7:0] opecode; reg [3:0] readin_bit; wire so; assign so = link_so? so_buff:1'bz; parameter read_code=8'b0000_0011, write_code=8'b0000_0010; parameter idle=5'b00001, s_opecode=5'b00010, s_address=5'b00100, s_write=5'b01000, s_read=5'b10000; parameter bit7=4'b0010, bit6=4'b0011,
spi协议简介
SPI基本原理与结构 串行外围设备接口(SPI)是由Motorola公司开发的、用来在微控制器和外围设备芯片之间实现数据交换的低成本、易使用接口。与标准的串行接口不同,SPI是一个同步协议接口,全双工通信,所有的传输都参照一个共同的时钟,这个同步时钟信号由主机产生。接收数据的外设使用时钟对串行比特流的接收进行同步化。其传输速度可达几Mb/s。 SPI主要使用4个信号:MISO(主机输入/从机输出)、MOSI(主机输出/从机输入)、SCLK(串行时钟)、或(外设片选或从机选择)。 MISO信号由从机在主机的控制下产生。信号用于禁止或使能外设的收发功能。 为高电平时,禁止外设接收和发送数据;为低电平时,允许外设接收和发送数据。图1所示是微处理器通过SPI与外设连接的示意图。 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(如图2所示)。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。 当主机发送一个连续的数据流时,有些外设能够进行多字节传输。多数具有SPI接口的存储芯片就以这种方式工作。在这种传输方式下,从机的片选端必须在整个传输过程中保持低电平。此时,一次传输可能会涉及到成千上万字节的信息,而不必在每个字节的数据发送的前后都去检测其起始位和结束位,这正是同步传输方式优于异步传输方式的原因所在。 虽然SPI有以上优点,然而在图像传输中却很少用到,原因主要是其抗干扰能力差。 SPI采用的是单端非平衡的传输方式,即传输的数据位的电压电平是以公共地作为参考的。 在这种传输方式中,对于已进入信号中的干扰是无法消除和减弱的。而信号在传输过程中总会受到干扰,而且距离越长干扰越严重,以致于信号传输产生错误。在这种条件下,信号传输就变得毫无意义了。另外,由于单端非平衡传输方式以公共地作为参考点,地线作为信号回流线,因此也存在信号电流。当传输线两端的系统之间存在交流电位差时,这个电位差将直接窜到信号中,形成噪声干扰。所以,为了解决抗干扰问题,通常采用平衡传输(balanced transmission)方式,这里采用比较常见的RS-422。 SPI[浏览次数:约8495次] ?由于SPI(setial peripheralinterface)总线占用的接口线少,通信效率高,并且支持大部分处理器芯片,因而是一种理想的选择。SPI是利用4根信号线进行通信的串行接口协议,包括主/从两种模式。4个接口信号为:串行数据输入(MISO,主设备输入、从设备输出)、串行数据输出(M OSI,主设备输出、从设备输入)、移位时钟(SCK)、低电平有效的从设备使能信号(cs)。SPI最大的特点是由主设备时钟信号的出现与否来确定主/ 从设备间的通信。一旦检测到主设备的时钟信号,数据开始传输。 目录 ?SPI工作方式简介 ?SPI的数据传输 ?SPI用户逻辑 ?SPI基本原理与结构 SPI工作方式简介
一文了解SPI总线工作原理应用案例
一文了解SPI总线工作原理应用案例 一文了解SPI总线工作原理应用案例将微控制器连接到传感器,显示器或其他模块时,您是否考虑过两个设备之间如何通信?他们到底在说什么?他们如何能够相互理解? 电子设备之间的通信就像人类之间的通信,双方都需要说同一种语言。在电子学中,这些语言称为通信协议。幸运的是,在构建大多数DIY电子项目时,我们只需要了解一些通信协议。在本系列文章中,我们将讨论三种最常见协议的基础知识:串行外设接口(SPI),内部集成电路(I2C)和通用异步接收器/发送器(UART)驱动通信。 首先,我们将从一些关于电子通信的基本概念开始,然后详细解释SPI的工作原理。 SPI,I2C和UART比USB,以太网,蓝牙和WiFi等协议慢得多,但它们更简单,使用的硬件和系统资源也更少。SPI,I2C和UART非常适用于微控制器之间以及微控制器和传感器之间的通信,在这些传感器中不需要传输大量高速数据。 串行与并行通信 电子设备通过物理连接在设备之间的导线发送数据位来相互通信,有点像一个字母中的字母,除了26个字母(英文字母表中),一个位是二进制的,只能是1或0。通过电压的快速变化,位从一个设备传输到另一个设备。在工作电压为5V的系统中,0位作为0V的短脉冲通信,1位通过5V的短脉冲通信。 数据位可以并行或串行形式传输。在并行通信中,数据位是同时发送的,每个都通过单独的线路。下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的并行传输:
在串行通信中,通过单线逐个发送这些位。下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的串行传输: 许多设备都采用了SPI通用通信协议。例如,SD卡模块,RFID读卡器模块和2.4GHz无线发送器/接收器都使用SPI 与微控制器通信。 SPI的一个独特优势是可以不间断地传输数据。可以连续流发送或接收任意数量的比特。使用I2C和UART,数据以数据包形式发送,限制为特定的位数。启动和停止条件定义每个数据包的开始和结束,因此数据在传输过程中会被 中断。
【SoCVista】SPI总线接口的SOPC模块设计与实现
SPI 总线接口的SoPC 模块设计与实现 廖彬彬,张福洪,尚俊娜 (杭州电子科技大学通信工程学院 浙江杭州 310018) 摘 要:SPI 总线接口是Motorola 公司提出的一种全双工的同步串行外设通信接口,用于连接微处理器和各种外围设备。可编程片上系统是Altera 公司提出的一种灵活、高效的SoC 解决方案,So PC 模块间的互联使用了Avalon 交换式总线。基于Avalon 交换式总线接口规范,利用Verilog HDL 硬件描述语言实现SPI 总线接口的硬件设计,编写SPI 接口模块在 N IOS Ⅱ系统中的驱动程序。在Modelsim 中对SPI 接口的硬件设计进行功能和时序仿真;在FP GA 开发板上构建了实际的N IOS Ⅱ系统,验证SPI 接口的So PC 模块;仿真和验证结果正确,满足设计要求。 关键词:可编程片上系统;串行外设接口;Verilog 硬件描述语言;FP GA ;N IOS Ⅱ 中图分类号:TN402;TP302 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)022013204 Design and Implement of SoPC Modular for SPI Bus Interface L IAO Binbin ,ZHAN G Fuhong ,SHAN G J unna (School of Communication Engineering ,Hangzhou Dianzi University ,Hangzhou ,310018,China ) Abstract :Serial peripheral interface bus is a synchronous serial data link standard designed by Motorola which operates in full duplex mode ,it allows communication between micro processor and peripheral devices.So PC (System on Programmable Chip )is a kind of flexible and high performance SoC solution designed by Altera.The So PC system interconnect fabric is Aval 2on switch fabric.The SPI interface based on Avalon switch fabric using Verilog HDL (Hardware Description Language )is de 2signed and implemented.And then a device driver of SPI interface modular for NIOS Ⅱsystem is written.The f unction and timing simulation in Modelsim are also presented.A prototype N IOS Ⅱsystem on FP GA development board is built to verify this modular.Results of simulation and verification satisfy the design requirement. K eywords :system on programmable chip ;serial peripheral interface ;Verilog HDL ;FP GA ;N IOS Ⅱ 收稿日期:2007207231 1 引 言 可编程片上系统(System on Programmable Chip , So PC )是Altera 公司提出的一种灵活、高效的SoC 解决方 案,是一种特殊的嵌入式微处理器系统,他是将软件和硬件集成到单个可编程逻辑器件平台中,同时获得软件的灵活性以及硬件的高性能优势,并且他是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能。 SPI 总线接口(Serial Peripheral Interface )是Motorola 公司提出的一种全双工的同步串行外设通信接口,用于连接微处理器和各种外围设备,是一种3线总线结构,接口信号线少,实现简单,应用非常广泛。 本文给出的是通过Verilog HDL 硬件描述语言实现 SPI 总线的So PC 模块设计,并编写该模块在NIOS Ⅱ系 统中的驱动程序。 2 SPI 总线接口与Avalon 交换式总线简介2.1 SPI 总线接口 SPI 总线接口最早由Motorola 公司提出,他是一种全 双工的同步串行外设通信接口,用于连接微处理器和各种外围设备。SPI 接口一般由4根信号线组成,1根串行时钟线(SCL K )、2根数据线主机输入/从机输出线(MISO )和主机输出/从机输入线(MOSI ),还有一根是低电平有效的从机选择线(SS )。 SPI 接口总线上的数据传送是通过串行时钟SCL K 进行同步。SCL K 信号由SPI 主机端产生,通过串行时钟线(SCL K )传到SPI 从机,从而实现串行数据的同步传送。 MISO 和MOSI 的功能取决于其是作为主机还是从机。 当作为主机时,MISO 是输入,MOSI 是输出,作为从机时刚好相反。其应用通常是一个SPI 主机连接一个或多个 SPI 从机。 SPI 接口的数据传输有4种不同的传输模式,由SPI 控制寄存器中CPOL 和CP HA 位来选择当前传输模式, 如表1所示。 3 1
SPI通信协议(SPI总线)学习
SPI通信协议(SPI总线)学习 各位读友大家好!你有你的木棉,我有我的文章,为了你的木棉,应读我的文章!若为比翼双飞鸟,定是人间有情人!若读此篇优秀文,必成天上比翼鸟! SPI通信协议(SPI总线)学习1、什么是SPI?SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术,是一种高速的,全双工,同步的通信总线。2、SPI优点支持全双工通信通信简单数据传输速率块3、缺点没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据,所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷。4、特点1):高速、同步、全双工、非差分、总线式2):主从机通信模式5、协议通信时序详解1):SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。(1)SDO/MOSI –主设备数据输出,从设备数据输入;(2)SDI/MISO –主设备数据输入,从设备数据输出;(3)SCLK –时钟信号,由主设备产生;(4)CS/SS –从设备使能信号,由主设备控制。当有多个从设备的时候,因为每个从设备上都有一个片选引脚接入到主设备机中,当我们的主设备和某个从设备通信时将需要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。2):需要说明的是,我们SPI通信有4种不同的模式,不
同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式,这是不能改变的;但我们的通信双方必须是工作在同一模式下,所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置,通过CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)来控制我们主设备的通信模式,具体如下:Mode0:CPOL=0,CPHA=0Mode1:CPOL=0,CPHA=1Mode2:CPOL=1,CPHA=0Mode3:CPOL=1,CPHA=1时钟极性CPOL 是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态,时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿:CPOL=0,表示当SCLK=0时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于高电平时CPOL=1,表示当SCLK=1时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于低电平时CPHA=0,表示数据采样是在第1个边沿,数据发送在第2个边沿CPHA=1,表示数据采样是在第2个边沿,数据发送在第1个边沿例如:CPOL=0,CPHA=0:此时空闲态时,SCLK处于低电平,数据采样是在第1个边沿,也就是SCLK由低电平到高电平的跳变,所以数据采样是在上升沿,数据发送是在下降沿。CPOL=0,CPHA=1:此时空闲态时,SCLK 处于低电平,数据发送是在第1个边沿,也就是SCLK由低电平到高电平的跳变,所以数据采样是在下降沿,数据发送是在上升沿。CPOL=1,CPHA=0:此时空闲态时,SCLK处于高电平,数据采集是在第1个边沿,也就是SCLK由高电平到低电平的跳变,所以数据采集是在下降沿,数据发送是在上升沿。CPOL=1,CPHA=1:此时空闲态时,SCLK处于高电平,数据发送是在第
SPI总线知识小结
SPI总线知识小结 同步外设接口(SPI)是由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行总线,该总线大量用在与EEPROM、ADC、FRAM和显示驱动器之类的慢速外设器件通信。 SPI(Serial Peripheral Interface)是一种串行同步通讯协议,由一个主设备和一个或多个从设备组成,主设备启动一个与从设备的同步通讯,从而完成数据的交换。SPI 接口由SDI(串行数据输入),SDO(串行数据输出),SCK(串行移位时钟),CS(从使能信号)四种信号构成,CS 决定了唯一的与主设备通信的从设备,如没有CS 信号,则只能存在一个从设备,主设备通过产生移位时钟来发起通讯。通讯时,数据由SDO 输出,SDI 输入,数据在时钟的上升或下降沿由SDO 输出,在紧接着的下降或上升沿由SDI 读入,这样经过8/16 次时钟的改变,完成8/16 位数据的传输。 SPI通信 该总线通信基于主-从配置。它有以下4个信号: MOSI:主出/从入 MISO:主入/从出 SCK:串行时钟 SS:从属选择 芯片上“从属选择”(slave-select)的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。 在SPI传输中,数据是同步进行发送和接收的。数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲,摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。然而,最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数,CPOL定义SPI串行时钟的活动状态,而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。 数据方向和通信速度 SPI传输串行数据时首先传输最高位。波特率可以高达5Mbps,具体速度大小取决于SPI硬件。例如,Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。 SPI总线接口及时序
SPI总线协议
原文:SanDisk Secure Digital Card - Product Manual Version 2.2 (Document No. 80-13-00169 September 2004)第5章 SPI总线协议译者:醇酒。请尊重我的劳动,勿抄袭和修改本文中的内容,若文中翻译有不妥之处,请Email:chunjiu○https://www.360docs.net/doc/762020691.html,处指正,不胜感激! SD卡规格书第五章 SPI总线协议 译者注:
SPI总线协议目录 5.1. SPI总线协议 5.1.1. 模式选择 5.1.2. 总线传送保护 5.1.3. 数据的读取 5.1.4. 数据写入 5.1.5. 擦除和写保护处理 5.1. 6. 读取CID/CSD寄存器 5.1.7. 复位顺序 5.1.8. 时钟控制 5.1.9. 错误条件 5.1.9.1. CRC和无效指令 5.1.9.2. 读取、写入和擦除的超时情形 5.1.10.存储器阵列分布 5.1.11. 卡的锁定/解锁 5.1.12. 特殊用途的命令集 5.1.13. 版权保护命令集 5.2. SPI命令设置 5.2.1. 命令格式 5.2.2. 命令类 5.2.2.1. 详细的命令描述 5.2.3.应答 5.2.3.1 R1 的格式 5.2.3.2. R1b的格式 5.2.3.3. R2的格式 5.2.3.4. R3 的格式 5.2.3.5. 数据应答 5.2.4. 数据标记 5.2.5.数据错误标记 5.2. 6. 清除状态位 5.3. 卡寄存器 5.4. SPI总线时序图解 5.4.1. 命令 / 应答 5.4.2. 数据读取 5.4.3. 数据写入 5.4.4. 时钟数值 5.5. SPI 电气接口 5.6. SPI总线操作条件(环境) 5.7.总线时钟 附录: 英文特殊命令表 英文通用命令表 存储器阵列图 产品规格表 主控制器设计参考(简介,无实际内容)
SPI总线 通俗易懂讲解
SPI总线通俗易懂讲解 SPI总线 MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线,即SI、SO、SCK。传输的速率由时钟信号SCK决定,SI为数据输入、SO为数据输出。采用SPI总线的系统如图8-27所示,它包含了一个主片和多个从片,主片通过发出片选信号-CS来控制对哪个从片进行通信,当某个从片的-CS信号有效时,能通过SI接收指令、数据,并通过SO发回数据。而未被选中的从片的SO端处于高阻状态。 图8-27 SPI总线的系统 主片在访问某一从片时,必须使该从片的片选信号有效;主片在SCK信号的同步下,通过SI线发出指令、地址信息;如需将数据输出,则接着写指令,由SCK同步在SI线上发出数据;如需读回数据,则接着读指令,由主片发出SCK,从片根据SCK的节拍通过SO发回数据。 因而对具有SPI接口的从片器件来讲,SCK、SI是输入信号,SO是输出信号。SCK 用于主片和从片通信的同步。SI用于将信息传输到器件,输入的信息包括指令、地址和数据,指令、地址和数据的变化在SCK的低电平期间进行,并由SCK信号的上升沿锁存。
SO用于将信息从器件传出,传出的信息包括状态和数据,信息在SCK信号的下降沿移出。 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了SPI总线,该系列器件的性能如表8-2所示。 表8-2 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM 以25XX320为例,该器件是4K字节的E2PROM,结构如图8-28所示,接口信号为SCK、SI和SO,此外还具有-CS、-WP、-HOLD信号线。其中-CS为器件选中信号,当此信号为低电平时器件被选中,高电平时器件处于等待状态。 图8-28 25XX320的结构 与并行接口电路不同的是,在并行接口电路中对器件进行操作的控制信号,在串行接口电路中只能用指令实现,25XX320的操作指令有数据读指令、写操作的允许和禁止指令、
FPGA设计中DAC7512控制的Verilog实现
FPGA设计中DAC7512控制的Verilog实现 一,概述 DAC7512是一个12-BIT,串行接口的DAC。低功耗,RAIL-TO-RAIL输出,SOT23-6封装。3线串行端口最高工作频率可以达到30MHZ,并兼容SPI,QSPI,MICROWIRE等总线。 DAC7512没有专用的基准电压输入,直接把VDD和GND作为基准电压,12BIT的分辨率,其输出电压为VOUT = VDD * D/4096。其中D是12BIT电压数值。 SOT23-6封装的DAC7512的引脚图如下。 DAC7512具有3线串行端口,其信号定义如下所示: 对DAC7512来讲,在总线上只会接收控制器发出的16BIT的数字信号(2BIT 无效数据,2bit控制数据和12bit(信号幅值数据)。所以对于控制器来讲,在总线操作上,只需要串行写这一种操作。 总线串行写操作在SYNC的下降沿开始。16 bit的数据在SCLK的下降沿被依次送入到DAC7512内部的移位寄存器中。从功耗的角度上讲,如果SYNC在空闲状态保持低电平,则有利于功耗的降低,但从总线操作的角度上讲,需要SYNC的下降沿来启动一次传输。
下面的图和表是总线操作的时序要求: 二,总线控制器的设计 根据总线控制器的特性,采用状态机来实现总线控制器的设计。从上面DAC7512的操作时序上来看,用一个三状态的状态机实现总线控制器是比较好的选择。在系统初始化或者没有数据传输时,系统处于空闲状态(DAC_IDLE),为了降低功耗,在这个状态下,SYNC信号为低电平;当有数据需要传输时,先进入DAC_PRE状态,在这个状态下,使SYNC信号为高电平,DAC_PRE状态保持的时间最短为SYNC需要保持为高电平的时间,即上图的T8,在VDD为3.6V~5.5V的时候,为33ns;当DAC_PRE状态结束时,进入DAC_DATA状态,在这个状态下,依次把16bit数据送到总线上去。
spi协议实例
竭诚为您提供优质文档/双击可除 spi协议实例 篇一:spi协议 一spi协议概括 spi,是英语serialperipheralinterface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是motorola首先在其 mc68hcxx系列处理器上定义的。spi接口主要应用在eepRom,Flash,实时时钟,ad转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。spi,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为pcb的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如at91Rm9200. spi的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于spi的设备共有的,它们是sdi(数据输入),sdo(数据输出),sck (时钟),cs(片选)。 (1)sdo–主设备数据输出,从设备数据输入
(2)sdi–主设备数据输入,从设备数据输出 (3)sclk–时钟信号,由主设备产生 (4)cs–从设备使能信号,由主设备控制 其中cs是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个spi设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道spi是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是sck时钟线存在的原因,由sck 提供时钟脉冲,sdi,sdo则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过sdo线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。 要注意的是,sck信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于spi的设备中,至少有一个主控设备。这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而spi允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为sck时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对sck时钟线
总线I2C和SPI详解
IIC vs SPI 现今,在低端数字通信应用领域,我们随处可见IIC (Inter- Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。 原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips(for IIC)和Motorola(for SPI)出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信 协议。 IIC 开发于1982年,当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更 简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一,而最初的嵌入系统是使 用内存映射(memory-mapped I/O)的方式来互联微控制器和外围设备的。 要实现内存映射,设备必须并联入微控制器的数据线和地址线,这种方式在 连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片,很不方便并且成本高。 为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片,使印刷电路板更简单, 成本更低,位于荷兰的Philips实验室开发了‘Inter-Integrated Circuit’,IIC 或 IIC ,一种只使用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线速度为100kbps。经历几次修订,主要是1995年的 400kbps,1998的3.4Mbps。 有迹象表明,SPI总线首次推出是在1979年,Motorola公司将SPI总 线集成在他们第一支改自68000微处理器的微控制器芯片上。SPI总线是微 控制器四线的外部总线(相对于内部总线)。与IIC不同,SPI没有明文标准,只是一种事实标准,对通信操作的实现只作一般的抽象描述,芯片厂商 与驱动开发者通过data sheets和application notes沟通实现上的细节。SPI 对于有经验的数字电子工程师来说,用SPI互联两支数字设备是相当直
SPI串行总线接口的Verilog实现
SPI串行总线接口的Verilog实现 摘要:集成电路设计越来越向系统级的方向发展,并且越来越强调模块化的设计。SPI(Serial Peripheral Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,容许CPU 与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。本文简述了SPI总线的特点,介绍了其4条信号线,SPI串行总线接口的典型应用。重点描述了SPI串行总线接口在一款802.11b芯片中的位置,及该接口作为基带和射频的通讯接口所完成的功能,并给出了用硬件描述语言Verilog HDL 实现该接口的部分程序。该实现已经在Modelsim 中完成了仿真, 并经过了FPGA 验证, 最后给出了仿真和验证的结果。 在SOC设计中,利用EDA 工具设计芯片实现系统功能已经成为支撑电子设计的通用平台.并逐步向支持系统级的设计方向发展。而且,在设计过程中,越来越强调模块化设计。 SPI总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,具有接口线少、通讯效率高等特点。本文给出的是利用Verilog HDL实现的SPI总线模块,该模块是802.11b无线局域网芯片中一个子模块,该模块完成了芯片中基带(base band)与RF的通讯工作. 1 SPI总线接口概述 SPI(Serial Parallel Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,允许CPU 与各种外围接口器件(包括模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等)以串行方式进行通信、交换信息。他使用4条线:串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MISO)、主机输出/从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(CS)。这样,仅需3~4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O 器件其典型结构如图1所示。 SPI总线具有以下特点: (1)连线较少,简化电路设计。并行总线扩展方法通常需要8根数据线、8~16根地址线、2~3根控制线。而这种设计,仅需4根数据和控制线即可完成并行扩展所实现的功能。 (2)器件统一编址,并与系统地址无关,操作SPI独立性好。 (3)器件操作遵循统一的规范,使系统软硬件具有良好的通用性。 2 SPI总线接口的设计与实现 该模块是802.1lb无线局域网芯片中的一子模块,其在芯片中的位置如图2所示。
SPI协议的简单实例说明
SPI是一个环形总线结构,由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成,其时序其实很简单,主要是在sck的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。 假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010,上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 那么第一个上升沿来的时候数据将会是sdo=1;寄存器=0101010x。下降沿到来的时候,sdi上的电平将所存到寄存器中去,那么这时寄存器=0101010sdi,这样在8个时钟脉冲以后,两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。 例子: 假设主机和从机初始化就绪:并且主机的sbuff=0xaa,从机的sbuff=0x55,下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据 这样就完成了两个寄存器8位的交换,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候,从机可以把它拉底被动选为从机,作为从机的是时候,可以作为片选脚用。根据以上分析,一个完整的传送周期是16位,即两个字节,因为,首先主机要发送命令过去,然后从机根据主机的名准备数据,主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来!!
SPI,是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如P89LPC900. SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,其工作模式有两种:主模式和从模式,无论那种模式,都支持 3Mbit/s的速率,并且还具有传输完成标志和写冲突保护标志。到目前为止,我使用过的具有SPI总线的器件,就是存储芯片Eprom:at25128,在使用过程中,发现的确是有这种总线的优点。下面以P89LPC900单片机的SPI总线来解释SPI总线的通用使用规则。 LPC900单片机的SPI接口主要由4个引脚构成:SPICLK、MOSI、MISO及/SS,其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟,MOSI、MISO作为主机,从机的输入输出的标志,MOSI是主机的输出,从机的输入,MISO是主机的输入,从机的输出。/SS 是从机的标志管脚,在互相通信的两个SPI总线的器件,/SS管脚的电平低的是从机,相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中,必须有主机。 SPI总线可以配置成单主单从,单主多从,互为主从。今以互为主从模式作为讲解: 要进行SPI互为主从操作,必须遵照以下步骤: 1 对A、B进行初始化,均设为主机(需要进行以下操作)。 a) SPI端口初始化为准双向。 b) SPCTL配置为0x50,SSIG=0,SPEN=1,MSTR=1。 c) 清除SPSTAT中的SPIF及WCOL标志位为0。
SPI总线协议SPI时序图详解
SPI总线协议及SPI时序图详解 SPI是一个环形总线结构,由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成,其时序其实很简单,主要是在sck的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。 下面为一种情况例举: 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候,sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候,sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 假设主机和从机初始化就绪:并且主机的sbuff=0xaa (10101010),从机的sbuff=0x55 (01010101),下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。 --------------------------------------------------- 脉冲主机sbuff 从机sbuff sdi sdo --------------------------------------------------- 0 00-0 10101010 01010101 0 0 --------------------------------------------------- 1 0--1 0101010x 10101011 0 1 1 1--0 0101010010101011 0 1 --------------------------------------------------- 2 0--1 1010100x 01010110 1 0 2 1--0 1010100101010110 1 0 --------------------------------------------------- 3 0--1 0101001x 10101101 0 1 3 1--0 0101001010101101 0 1 --------------------------------------------------- 4 0--1 1010010x 01011010 1 0 4 1--0 1010010101011010 1 0 --------------------------------------------------- 5 0--1 0100101x 10110101 0 1 5 1--0 0100101010110101 0 1 --------------------------------------------------- 6 0--1 1001010x 01101010 1 0 6 1--0 1001010101101010 1 0 --------------------------------------------------- 7 0--1 0010101x 11010101 0 1 7 1--0 0010101011010101 0 1 --------------------------------------------------- 8 0--1 0101010x 10101010 1 0 8 1--0 01010101 10101010 1 0 这样就完成了两个寄存器8位的交换,上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿,sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析,一个完整的传送周期是16位,即两个字节,因为,首先主机要发送命令过去,然后从机根据主机的名准备数据,主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。 SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口,同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK,一条数