SPI基础SPI总线技术基本原理.pptx
SPI协议介绍ppt课件
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内部结构图
SPI总线
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传输模式
根据时钟极性(CPOL)及相位(CPHA)不同可 以组合成4种工作模式：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
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传输模式
• 时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平， 对传输协议没有重大影响。
• CPOL=0：时钟空闲状态为低电平。 • CPOL=1：时钟空闲状态为高电平。
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传输模式
• 时钟相位(CPHA)定义数据的采样时间。 • CPHA=0：在时钟的第一个跳变沿(上升沿或
下降沿)进行数据采样。 • CPHA=1：在时钟的第二个跳变沿(上升沿或
SPI协议应用
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主要内容
• SPI总线介绍 • 传输模式 • 时序分析 • SPI特点总结
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Sபைடு நூலகம்I总线介绍
• SPI接口是Motorola首先提出的全双工三线 同步串行外围接口，采用主从模式架构， 支持多从设备应用，一般只支持单主设备。
• 时钟由主设备控制，数据在时钟脉冲下按 位传输，高位在前。
下降沿)进行数据采样。
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传输模式
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传输模式
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传输模式
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传输模式对比
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时序分析
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特点
• 优点： （1）接口简单，利于硬件设计与实现。 （2）时钟速度快，且没有系统开销。 （3）相对抗干扰能力强，传输稳定。
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特点
缺点： （1）缺乏流控制机制，无论主器件还是从器
SPI总线组成及其工作原理
SPI总线组成及其工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信总线，常用于连接微控制器与外部设备，如传感器、存储器、外设等。
SPI总线由四条信号线组成，包括SCLK（串行时钟线），MOSI（主设备输出从设备输入线），MISO（主设备输入从设备输出线）和SS（片选信号线）。
以下将详细介绍SPI总线的工作原理和其组成部分。
SPI总线采用主从架构，由一个主设备（如微控制器）和一个或多个从设备（如传感器、存储器等）组成。
主设备通过SCLK产生时钟信号来驱动整个通信过程。
主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线传输数据给主设备。
每个从设备都有一个片选信号线（SS），用于使能该从设备。
当主设备需要与一些从设备通信时，将对应的片选信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
1.SCLK（串行时钟线）：SCLK是SPI通信中的时钟信号，由主设备通过该线产生并驱动。
SCLK信号的频率可以由主设备控制，通常可以在MHz级别。
SCLK的上升沿和下降沿都用于同步数据传输。
数据在SCLK的上升沿或下降沿的边沿进行读写操作。
2.MOSI（主设备输出从设备输入线）：MOSI是主设备输出从设备输入的数据线。
主设备通过MOSI将数据传输给从设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被写入。
3.MISO（主设备输入从设备输出线）：MISO是主设备输入从设备输出的数据线。
从设备通过MISO将数据传输给主设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被读取。
4.SS（片选信号线）：每个从设备都有一个对应的SS信号线。
当主设备需要与一些从设备通信时，将该从设备的SS信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
当通信结束后，SS信号线会被拉高，表示该从设备不再被选中。
1.主设备通过控制SS信号线，选中一些从设备开始通信。
2.主设备通过SCLK产生时钟信号，并通过MOSI线发送数据给从设备。
3.从设备在SCLK的上升沿或下降沿将数据写入MISO线，传输给主设备。
SPI总线
SPI总线
综述：SPI(Serial Peripheral interface)：高速同步串行口。
是一种标准的四线同步
双向串行总线。
Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的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。
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。
速率：目前应用中的数据速率可达几Mbps。
通信原理：SPI接口共有4根线：设备选择线SS、时钟线SCLK、串行输出
数据线MISO、传行输入数据线MOSI。
SPI由主机的片选信号SS以低电平选中从机，通过主机控制时钟SCLK同步传输数据。
扩展时只要增加主机的片选信号线如图2所示。
图2
下图为SPI结构图，通过移位寄存器左移输出数据，右移输入数据。
SPI的时序模式：由时钟极性选择位CPOL和时钟相位选择位控制CPHA。
CPOL用于选择空闲状态电平，CPHA选择数据接收端的采样时刻。
具体时序如图3。
图3
SPI接口必须根据具体情况设置匹配的传续时序模式，时序只有匹配，数据传输才能正常进行，如果设置的不匹配，可能导致数据接收方和发送方在同一时钟沿作用，导致数据传输失败。
I2CVSSPI。
SPI总线介绍PPT课件
写保护寄存器
命令字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
8EH或8FH
WP 0 0 0 ,0 0 0 0
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RAM单元 0单元 1单元 2单元
3 4 ........ 31单元
命令字 C0H或C1H C2H或C3H C4H或C5H C6H或C7H. C8H或C9H. .............. FCH或FDH
寻址： MOSI：When master, out line; when slave, in line MISO：When master, in line; when slave, out line
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SPI从机的内部结构
SPI接口实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位,在主器件产 生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。 上升沿发送，下降沿接收。（有的器件是上升沿接收，下降沿发送）
•
MOV A,#00H
•
MOV @R0,A
•
SETB SCLK
•
NOP
• LOOP2: CLR SCLK;下降沿输出
•
MOV A,@R0
•
MOV C,I/O
•
RRC A
•
MOV @R0,A
•
SETB SCLK
•
DJNE R1,LOOP2
•
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RET
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多字节读模式
将时钟日历寄存器的秒、分、时、日、星期、月、年以及写保护寄存器的内容分别存入单片机的6FH～ 68H单元
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SPI从机的内部结构 • SPI从机从主机获得时钟和片选信号，因此cs和sclk都
spi总线工作原理
spi总线工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种同步串行通信协议，它主要用于在微控制器或其他数字集成电路之间传输数据。
SPI总线由一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）组成。
主设备通过与从设备之间发送和接收数据的方式来与其进行通信。
SPI总线的工作原理如下：
1. 首先，主设备选择要与之通信的从设备。
这是通过在片选引脚上拉低电平来实现的。
其他从设备的片选引脚应保持高电平。
2. 接着，主设备通过时钟引脚（SCK）生成时钟信号，此时数据传输开始。
3. 主设备通过主输出(MOSI)引脚发送数据，从设备通过主输
入(MISO)引脚接收数据。
在每个时钟周期中，主设备和从设
备在SCK上的上升沿或下降沿进行数据交换。
4. 数据传输时，主设备先发送一个起始位（通常是高电平）并将其传输到从设备。
5. 接下来，主设备和从设备同时发送并接收数据，每一个时钟周期传输一个位。
数据传输的顺序是从最高位（MSB）到最
低位（LSB）。
6. 当所有数据位都传输完毕后，主设备通过拉高片选引脚结束
与从设备的通信。
7. 在通信结束后，主设备可以选择与其他从设备进行通信，或者在下一个时钟周期中重新选择与之前的从设备进行通信。
SPI总线的工作原理简单而直观。
它具有高速、可简化电路设计等优点，因此在很多嵌入式系统中得到了广泛应用。
SPI总线的工作方式及原理详解
SPI总线的工作方式及原理详解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。
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。
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，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO；用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
SPI主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。
SPI总线有四种工作方式(SP0，SP1，SP2，SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。
SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。
如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。
SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
SPI时序详解---SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻SPI接口有四种不同的数据传输时序，取决于CPOL和CPHL这两位的组合。
图1中表现了这四种时序，时序与CPOL、CPHL的关系也可以从图中看出。
图1CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL＝0，空闲电平为低电平，CPOL＝1时，空闲电平为高电平。
SPI通信协议(SPI总线)学习
SPI通信协议（SPI总线）学习
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步的、全双工的通信总线，常用于连接微
控制器和外围设备。
SPI总线的通信协议相对简单，有四根信号线组成：SCLK（时钟
信号）、MOSI（主机输出从机输入信号）、MISO（主机输入从机输出信号）和SS （片选信号）。
SPI总线的工作方式如下：
1. 选择从机：主机通过将片选信号（SS）置低来选择要通信的从机。
通常每个从机都
有独立的片选线。
2. 时钟信号：主机通过时钟信号（SCLK）提供同步时钟给从机，控制数据传输的时钟周期。
3. 主机输出从机输入：主机将要发送给从机的数据通过主机输出从机输入信号（MOSI）发送给从机。
数据按照时钟的上升沿或下降沿传输。
4. 主机输入从机输出：从机将要发送给主机的数据通过主机输入从机输出信号（MISO）传输给主机。
数据按照时钟的上升沿或下降沿传输。
5. 数据传输顺序：数据传输是基于时钟信号的，每个时钟周期传输一个位。
主机和从
机按照特定的数据传输格式进行通信，可以是先传输最高有效位（MSB）或最低有效
位（LSB）。
6. 数据传输模式：SPI总线支持多种数据传输模式，如模式0、模式1、模式2和模式3，不同模式下时钟信号和数据传输的相位和极性不同。
7. 传输完成：主机通过将片选信号（SS）置高来结束通信。
SPI总线的优点是简单、高速、低成本，适用于连接多种外设，如传感器、存储器、显示器等。
然而，SPI总线并没有提供错误检测和纠正机制，需要通过其他方式保证数据的可靠性。
SPI原理与应用.ppt
同步串行通信——SPI通信
1、同步串行通信简介
2、 硬件SPI接口与I/O模拟SPI比较
速度：硬件接口快很多 编程：硬件接口是设置和查询寄存器，模 拟是一位一位送 实时性：硬件接口可以设置中断，模拟只能查 询
3、 硬件连接
应用——与DA芯片AD5300接口
根据这个时序图，我们就可以得到，SPCR中CPOL为0，CPHA为1
delay(10); SPSR=0; SPDR=temp1; do { status=SPSR; }while(!(status&=0X80)); SPSR=0; delay(10); PORTA|=BIT(PA1);
do
{ status=SPSR; }while(!(status&=0X80));
D/A转换器的基本原理及分类 Ｔ型电阻网络D/A转换器 ：
I VREF
I7
I7 R I6 2R 1 0
I6 R I5 2R 1 0
I5 R I4 2R 1 0
I4 R I3 2R 1 0
I3 R I2 2R 1 0
I2 R I1 2R 1 0
I1 R I0 2R 1 0
I0
2R 1 Rfb IO1 IO2
2R
0
+
VO
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
输出电压 的大小与数字量是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应 的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映了输出模拟量的最 小变化值。 分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 2 n 。 FS表示满量程输入值，n为二进制位数。对于5V的满量程，采用８ 位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨 率则为5V/4096＝1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。
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SPI总线介绍
• SPI总线最初有Motorola公司提出，出现在其 68K系列单片机中，由于其简单实用，又不涉及 专利问题，因而很多厂家的IC都支持该接口；
• 目前SPI接口的外设种类很多，如EEPROM、 ADC、DCA、实时时钟、液晶模块、SD卡、无 线通信模块等等；
SPI总线的组成
• SPI是一种全双工3线同步串行通信接口，采用主从通 信模式，支持多slave架构；
• CPOL=0：空闲状态SCLK为低电平； • CPOL=1：空闲状态SCLK为高电平
• 时钟相位选择位：CPHA
• CPHA=0：第一个时钟边沿进行数据采样 • CPHA=1：第二个时钟边沿进行数据采样
SPI总线的多机通信
SPI通信的特点
• SPI为环形通信方式，接收、发送同时进行， 接收、发送使用同一个函数；只是函数调用 者关注的焦点不同；
• 同步时钟由主机产生，在时钟移位脉冲下，数据按 位传输MOSI、MISO、 SCLK、/SS；
SPI信号线介绍
• 从设备选择线/SS：有Master设备控制，用于选择(激活)某个SPI从设备，低 电平有效；只有当/SS为低时，相应的SPI设备才处于工作状态；
的MOSI相连，双方的MISO也应该接在一起，这一点和UART不同；
SPI信号线介绍
• 当然有些厂家(例如MicroChip公司)是按照SDI和SDO的方式命名 的，是站在器件的角度命名，这种情况下一方的SDI要接另一方 的SDO，反之亦然；
SPI通信时序模式
• SPI总线共有四种时序模式： • 极性选择位：CPOL
• 同步时钟信号SCLK：用于同步主从设备的数据传输，由Master设备控制， 主/从设备按照SCLK的步调发送或者接收数据；
SPI信号线介绍
• SPI的串行数据线有两条，分别承担Master到Slave和Slave到Master的数据传输； • MOSI：Master out，Slave in • MISO：Master in， Slave out • 比如MOSI，数据从Master到slave，因而在电路板上主芯片的MOSI和从芯片
总线技术
团队：唐建东 孙光 曾启明 张秀君
电子信息专 业课程
项目化实施 课程
SPI总线技术基本原理
特点 应用 信号
SPI的特点
• SPI应用特点：SPI相对于I2C速度要快很多：I2C两种标准： 100K和400K时钟，而SPI口则可以高达数10M的通信速率
• I2C的常用场合：EEPROM、温度传感器、GPIO扩展；SPI： LCD模块、无线通信模块、SD卡等等，还有外扩的Flash芯片等 等。