SPI同步串行通信
基于SPI的总线协议的单片机数据通信
基于SPI的总线协议的单片机数据通信一、介绍单片机是一种集成电路，它集中了处理器、存储器和外设接口等功能。
它在各种计算机和电子设备中广泛应用，例如家电、汽车电子、工业控制等领域。
在设计单片机系统时，数据通信是一个重要的考虑因素。
为了实现单片机之间的数据传输，我们需要选择合适的总线协议。
本文将介绍一种基于SPI的总线协议，以及它在单片机数据通信中的应用。
二、SPI总线协议的基本原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，它为单主设备和多从设备之间的通信提供了一种简单而高效的方法。
SPI总线协议需要四根线来实现数据的传输，包括时钟线（SCLK）、数据线（MOSI）、数据线（MISO）和片选线（SS）。
SPI总线协议的传输过程如下：1. 主设备通过将片选线拉低来选中从设备。
2. 主设备通过时钟线控制数据的传输，每个时钟周期传输一个比特。
3. 主设备通过MOSI线发送数据，从设备通过MISO线接收数据。
4. 主设备和从设备之间可以通过片选线的状态切换来进行多从设备的通信。
5. 传输完成后，主设备将片选线拉高，释放从设备。
三、SPI总线协议的优点1. 高速传输：SPI总线协议使用同步通信方式，可以实现高达几十MHz的数据传输速率，适用于高速数据通信。
2. 简单灵活：SPI总线协议的硬件实现简单，只需少量的线路和引脚。
同时，SPI总线协议支持多从设备的通信，可以通过片选线来选择不同的从设备进行通信。
3. 适用范围广：SPI总线协议不仅可以用于单片机之间的通信，还可以用于单片机与其他外设（例如传感器、存储器等）之间的通信。
四、SPI总线协议在单片机数据通信中的应用1. 与外设的通信：单片机通常需要与各种外设进行数据交互，如显示屏、键盘、传感器等。
SPI总线协议可以作为单片机与这些外设之间的通信接口，实现数据的传输和控制。
2. 多从设备的通信：在某些应用场景中，单片机需要与多个从设备进行通信。
基于VHDL的串行同步通信SPI设计
基于VHDL的串行同步通信SPI设计串行同步通信(SPI)是一种常用的通信协议，用于在集成电路中进行片内通信。
它是一种全双工的通信方式，通过四根信号线来传输数据：SCLK(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(片选线)。
SPI采用主从架构，其中主设备控制通信时序，并负责发起数据传输。
从设备在主设备的指令下进行相应操作并传输数据。
以下是一个基于VHDL的串行同步通信SPI的设计，包括主设备和从设备两部分。
主设备部分:```library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity spi_master isportCLK: in std_logic; -- 时钟线MOSI: out std_logic; -- 主设备输出从设备输入线MISO: in std_logic; -- 主设备输入从设备输出线SS: out std_logic; -- 片选线data_out: out std_logic_vector(7 downto 0); -- 发送数据data_in: in std_logic_vector(7 downto 0); -- 接收数据valid: out std_logic -- 有效数据标志位end spi_master;architecture behavioral of spi_master istype state_type is (idle, send_data, receive_data); signal state: state_type;signal count: integer range 0 to 7;signal tx_data: std_logic_vector(7 downto 0);signal rx_data: std_logic_vector(7 downto 0);beginprocess (CLK)beginif rising_edge(CLK) thencase state iswhen idle =>if SS = '0' thenstate <= send_data;count <= 0;tx_data <= data_out;end if;when send_data =>MOSI <= tx_data(count); -- 发送数据位count <= count + 1;if count = 7 thenstate <= receive_data;end if;when receive_data =>rx_data(count) <= MISO; -- 接收数据位count <= count - 1;if count = 0 thenstate <= idle;valid <= '1';data_in <= rx_data;end if;end case;end if;end process;end behavioral;```从设备部分:```library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity spi_slave isportCLK: in std_logic; -- 时钟线MOSI: in std_logic; -- 主设备输出从设备输入线MISO: out std_logic; -- 主设备输入从设备输出线SS: in std_logic; -- 片选线data_in: in std_logic_vector(7 downto 0); -- 接收数据data_out: out std_logic_vector(7 downto 0); -- 发送数据valid: in std_logic -- 有效数据标志位end spi_slave;architecture behavioral of spi_slave istype state_type is (idle, receive_data, send_data);signal state: state_type;signal count: integer range 0 to 7;signal tx_data: std_logic_vector(7 downto 0);signal rx_data: std_logic_vector(7 downto 0); beginprocess (CLK)beginif rising_edge(CLK) thencase state iswhen idle =>if SS = '0' thenstate <= receive_data;count <= 0;end if;when receive_data =>rx_data(count) <= MOSI; -- 接收数据位count <= count + 1;if count = 7 thenstate <= send_data;valid <= '1';data_in <= rx_data;end if;when send_data =>MISO <= tx_data(count); -- 发送数据位count <= count - 1;if count = 0 thenstate <= idle;tx_data <= data_out;end if;end case;end if;end process;end behavioral;```在主设备部分，设计了一个状态机来控制 SPI 的通信过程。
spi工作原理
spi工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信接口，用于在芯片之间传输数据。
它由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备控制通信的时钟信号，并发送和接收
数据。
SPI工作原理如下：
1. 时钟信号同步：SPI使用时钟信号将主设备和从设备保持同步。
主设备产生时钟信号，从设备根据时钟信号进行数据传输。
2. 主从选择：主设备通过选择特定的从设备使其处于工作模式。
可以通过片选引脚（Slave Select，SS）来选择从设备。
3. 数据传输：主设备发送一个数据位到从设备，从设备接收并响应主设备发送的数据位。
数据在时钟的上升沿或下降沿进行传输。
4. 数据帧：SPI通信以数据帧为基本传输单位。
数据帧由一个
数据位和可能的附加控制位组成。
数据位可以是单向的（只能由主设备发送）或双向的（主从设备都可以发送和接收）。
5. 传输模式：SPI支持多种传输模式，如CPOL（Clock Polarity）和CPHA（Clock Phase）。
CPOL决定时钟信号在空
闲状态时的电平，CPHA决定数据采样的时机。
6. 传输速率：SPI的传输速率由时钟信号的频率决定。
一般来说，SPI的传输速率比较高，可以达到几十兆赫兹甚至上百兆
赫兹。
需要注意的是，SPI是一种点对点的通信接口，每次传输只能有一个主设备和一个从设备进行通信。
如果需要与多个设备进行通信，需要使用多个SPI接口或者使用其他的通信协议。
spi通讯协议
spi通讯协议SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，常用于连接微控制器和外部设备，如传感器、存储器、显示器等。
它采用主从结构，通过时钟信号和数据线进行双向通信，具有高速传输、简单灵活的特点，广泛应用于各种嵌入式系统。
SPI通信协议使用四根线进行通信：CLK（时钟线）、MOSI （主输出从输入线）、MISO（主输入从输出线）和SS（从选择线）。
时钟线由主设备产生，用于同步数据传输。
MOSI和MISO线负责数据传输，MOSI线由主设备输出数据，MISO线由从设备输出数据。
SS线由主设备控制，用于选择特定的从设备进行通信。
SPI通信协议是一种全双工通信方式，数据可以同时在MOSI和MISO线上传输。
通信过程中，主设备通过产生时钟信号控制数据传输的时序，每个时钟周期传输一个比特位。
主设备将数据送入MOSI线上，并将其与时钟信号同步，从设备通过MISO线上的数据响应主设备。
SPI通信协议中可以有多个从设备存在，但每个从设备都需要一个单独的片选信号控制。
主设备通过拉低某个从设备的片选信号（SS线），来选择特定的从设备进行通信。
通信结束后，主设备释放片选信号，并选择其他从设备进行通信。
这样可以实现多个从设备与一个主设备之间的并行通信。
SPI通信协议的速度可以根据实际需求进行调整，由主设备产生的时钟信号决定了数据传输的速率。
时钟信号的频率可以在主设备中设置，通常可以选择几十kHz至几十MHz的范围。
通信速度越快，数据传输的速率越高，但同时也会增加功耗和干扰的风险。
SPI通信协议具有以下优点：首先，它具有高速传输的优势，可以满足大部分实时性要求较高的应用场景。
其次，SPI通信协议的硬件实现比较简单，可以使用几个GPIO口实现。
最后，SPI通信协议支持全双工通信，可以同时进行数据的发送和接收，提高通信效率。
综上所述，SPI通信协议是一种快速、灵活且简单的串行通信协议，广泛应用于各种嵌入式系统。
spi通信原理
spi通信原理SPI（串行外围接口，Serial Peripheral Interface）是一种常见的半双工、同步串行通信总线接口（bus interface）。
它由一个正极性信号线（CS，Chip Select），一个时钟信号线（SCK，Serial Clock），一个向下发出数据线（MOSI，Master Out-Slave In）和一个向上接收数据线（MISO，Master In-Slave Out）构成，可用于微分模式或模拟模式通信，且具有较高的数据传输率和节点连线数，是一种主从（Master-Slave）式的串行数据传输标准。
一、SPI通信原理1、工作模式SPI接口通信模式有三种，分别是主模式（Master Mode）、从模式（Slave Mode）和双向模式（Bi-directional Mode），根据两个彼此连接的电路是主端还是从端，其工作模式就可以分别确定。
（1）主模式主模式有总线的控制权，它是总线的主导者，其发送时钟信号控制总线，由它读取从模式器件入端口的字节数据或者写入数据到从模式器件出端口，它一般兼顾发送和接收两种操作，并且在发送和接收都有数据缓存能力；（2）从模式从模式段缺少时钟和控制信号，从模式由主模式发送的时钟信号控制总线，从模式只能够等待主模式的唤醒，接收到主模式发来的时钟脉冲，才能工作；数据传输中，从模式由主模式发来的数据控制信号中控制自身的行为，从模式接收到数据，可能直接或间接地存储在从模式自身的缓冲位；（3）双向模式双向模式下，两电路当守护者和执行者双重角色，类似主模式，双向模式的总线可以实现双向同时收发数据功能，这也是SPI最重要的一个特点之一；2、信号线（1）CS： Chip Select，片选信号，由主机向从机发送，表示仪器的开始和结束信号；（2）SCK： Serial Clock，系统时钟信号，由主机向从机发送，控制数据的传输；（3）MOSI： Master Out Slave In，主机输出从机输入，由主机向从机发送；（4）MISO： Master In Slave Out，主机输入从机输出，由从机向主机发送；3、总线收发：1）主机向外设发送起始信号CS并向外设发出一个脉冲，外设将收到控制信号，从而开始读写操作；2）主机向外设发送时钟信号SCK，外设收到时钟信号后，可以进行一般主机传入和传出操作；3）主机发出信号来控制从机发出数据，从机受到数据标识，可以开始向主机发送数据，主机则接收从机发出的数据；4）当数据传送完毕后，起始信号CS将放低，SCK亦会放低，外设再将已写完信息的SS连接信号拉高；5）最后，外设会结束数据的读取和写入，同时将SS。
科 SPI标准参数
科 SPI标准参数SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信接口标准，它定义了在数字电路之间进行通信的协议。
SPI主要用于在嵌入式系统中连接微控制器和外围设备，例如存储器芯片、传感器、显示器和无线模块等。
SPI标准参数包括时钟速率、数据位数、传输模式等，下面将对这些参数逐一进行介绍。
时钟速率是SPI通信中非常重要的一个参数，它决定了数据传输的速度。
SPI接口的时钟速率通常由主设备来控制，而从设备必须能够支持主设备指定的时钟速率。
SPI接口的时钟速率可以在几十kHz到几十MHz之间，不同的设备可能有不同的时钟速率范围，因此在进行SPI通信时需要确保主从设备的时钟速率是兼容的。
数据位数是指在SPI通信中每次传输的数据位数。
SPI接口的数据位数可以是8位、16位甚至更多，这取决于具体的SPI设备。
在进行SPI通信时，主从设备必须使用相同的数据位数，否则通信将无法正常进行。
因此，在使用SPI接口进行通信时，需要确保主从设备的数据位数是一致的。
传输模式是指在SPI通信中主从设备之间数据传输的方式。
SPI接口定义了四种传输模式，0、1、2、3。
这些传输模式主要是指在时钟信号的上升沿或下降沿进行数据采样的时机不同。
不同的SPI设备可能支持不同的传输模式，因此在进行SPI通信时需要确保主从设备使用相同的传输模式，否则通信将无法正常进行。
除了时钟速率、数据位数和传输模式之外，SPI接口还有一些其他的参数，例如片选信号、时钟极性、时钟相位等。
这些参数也对SPI通信起着重要的作用，需要在实际应用中进行合理的配置。
总的来说，SPI标准参数对于SPI通信起着至关重要的作用。
在进行SPI通信时，需要确保主从设备的时钟速率、数据位数、传输模式等参数是一致的，才能保证通信的稳定和可靠。
同时，还需要根据具体的应用场景对SPI接口的其他参数进行合理的配置，以满足实际的通信需求。
希望本文对SPI标准参数有所帮助，谢谢阅读！。
SPI通信协议详解
串行外设接口SPI通信协议详解什么是SPI？SPI的英文全称为Serial Peripheral Interface，顾名思义为串行外设接口。
SPI是一种同步串行通信接口规范，主要应用于嵌入式系统中的短距离通信。
该接口由摩托罗拉在20世纪80年代中期开发，后发展成了行业规范。
SPI通信的4种工作模式SPI通信中有4种不同的操作模式，不同的从机设备可能在出厂时就被设置好了某种模式，并且无法更改。
但是SPI通信必须处于同一种模式下才能进行。
因此我们应该对自己手里的SPI主机设备进行模式的配置，也就是通过CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)来控制SPI主设备的通信模式，具体如下：时钟极性(CPOL)定义了SCLK时钟线空闲状态时的电平：1.CPOL=0，即SCLK=0，表示SCLK时钟信号线在空闲状态时的电平为低电平，因此有效状态为高电平。
2.CPOL=1，即SCLK=1，表示SCLK时钟信号线在空闲状态时的电平为高电平，因此有效状态为低电平。
时钟相位(CPHA)定义了数据位相对于时钟线的时序(即相位)：1.CPHA=0，即表示输出(out)端在上一个时钟周期的后沿改变数据，而输入(in)端在时钟周期的前沿(或不久之后)捕获数据。
输出端保持数据有效直到当前时钟周期的尾部边缘。
对于第一个时钟周期来说，第一位的数据必须在时钟前沿之前出现在MOSI线上。
也就是一个CPHA=0的周期包括半个时钟空闲和半个时钟置位的周期。
2.CPHA=1，即表示输出(out)端在当前时钟周期的前沿改变数据，而输入(in)端在时钟周期的后沿(或不久之后)捕获数据。
输出端保持数据有效直到下一个时钟周期的前沿。
对于最后一个时钟周期来说，从机设备在片选信号消失之前保持MISO信号线有效。
也就是一个CHPA=1的周期包括半个时钟置位和半个时钟空闲的周期。
Note：此处的前沿和后沿的意思表示在每个周期中第一个出现的边沿和最后一个出现的边沿。
spi 协议
spi 协议SPI协议。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行数据通信协议，通常用于在微控制器和外围设备之间进行通信。
SPI协议是一种全双工、点对点、串行通信协议，它使用四根线进行通信，包括时钟线（SCLK）、数据线（MOSI）、数据线（MISO）和片选线（SS）。
SPI协议的工作原理是通过主从模式进行通信，一个主设备可以连接多个从设备。
在通信过程中，主设备通过时钟线产生时钟信号，控制数据的传输速率，同时通过片选线选择要与之通信的从设备。
从设备在接收到片选信号后，根据时钟信号同步数据的传输，从而实现数据的传输和接收。
SPI协议的通信方式较为灵活，数据传输的速率可以根据具体的应用需求进行调整。
同时，SPI协议的通信是全双工的，主设备和从设备可以同时发送和接收数据，提高了通信效率。
此外，SPI协议的硬件连接简单，只需要四根线即可完成通信，因此在一些资源受限的应用场景中具有一定的优势。
在使用SPI协议进行通信时，需要注意一些问题。
首先，由于SPI协议是一种同步通信协议，主设备和从设备之间的时钟频率需要一致，否则会导致通信错误。
其次，由于SPI协议是一种点对点通信协议，因此在连接多个从设备时，需要合理设计片选信号的分配，避免片选信号的冲突。
最后，SPI协议在传输过程中没有错误检测和纠正机制，因此在一些对通信可靠性要求较高的应用场景中，需要额外考虑数据的校验和重传机制。
总的来说，SPI协议是一种灵活、高效的串行通信协议，适用于在微控制器和外围设备之间进行数据通信。
在实际应用中，需要根据具体的应用需求合理选择通信协议，并结合硬件设计和软件开发进行系统设计。
希望本文对SPI协议有一个清晰的认识，并能够在实际应用中发挥作用。
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{ /* 等待接收结束 */
while(!(SPSR & (1<<SPIF))); /* 返回数据 */
return SPDR; }
3）SS引脚的功能
·从机方式
当SPI 配置为从机时，从机选择引脚SS总是为输
项目四 基于SPI串行总线接口 DA芯片TLC5615的使用
电气自动化技术专业
• 项目功能 • 项目知识点与技能点 • 项目知识准备 • 硬件电路 • 软件设计 • 项目实施
【项目功能】
➢ 通过ATMEGA16单片机同步串行接口向 D/A转换芯片TLC5615送入相关数字量， 通过D/A转换所得到的电压控制LED亮灭。
SPI接口的设置可分为主机和从机两种模式。当SPI 接口使能时，MOSI、MISO、SCK和SS引脚的控制和数据 方向如下表
引脚 MOSI MISO SCK
SS
方向（主SPI） 用户定义 输入 用户定义 用户定义
方向（从SPI） 输入
用户定义 输入 输入
2)SPI初始化及数据传送程序示例
下面将以ATmega16单片机为例说明如何将SPI设置为 主机，以及如何进行简单的数据传送。MOSI对应 ATmega16单片机PB5引脚，MISO对应ATmega16单片 机PB6引脚，SCK对应ATmega16单片机PB7管脚，SS对 应ATmega16单片机PB4管脚。
SPI2X 00 00 01 01 10 10 11 11
SPR1 0 1 0 1 0 1 0 1
SPR0
SCK频率（MHz）
fOSC/4
fOSC/16
fOSC/64
fOSC/128
fOSC/2
fOSC/8
fOSC/32
fOSC/64
2）SPI的状态寄存器－SPSR
• Bit 7 – SPIF: SPI 中断标志 串行发送结束后，SPIF 置位。若此时寄存器SPCR 的SPIE 和全局中断使能位置位，SPI中断即产生。如果SPI 为主机， SS 配置为输入，且被拉低， SPIF 也将置位。进入中断服 务程序后SPIF自动清零。或者可以通过先读SPSR，紧接着 访问SPDR来对SPIF清零。 • Bit 6 – WCOL: 写碰撞标志 在发送当中对SPI 数据寄存器SPDR写数据将置位WCOL。 WCOL可以通过先读SPSR，紧接着访问SPDR 来清零。
（1）设置SPI为主机并进行简单的数据发送：
void spi_masterset(void) {
/* 设置MOSI 和SCK 为输出，其他为输入 */ DDRB = (1<<DDB5)|(1<<DDB7);
/* 使能SPI 主机模式，设置时钟速率为fck/16 */ SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0); } void spi_mastertransmit(char data) {
二、ATmega16单片机SPI接控制与数 据传输过程
1)控制与传输过程
如下图所示为SPI数据传输系统的结构方框图。SPI的数 据传输系统由主机和从机两个部分构成，主要由主、从机 双方的两个移位寄存器和主机SPI时钟发生器组成，主机 为SPI数据传输的控制方。由SPI的主机将SS输出线拉低， 作为同步数据传输的初始化信号，通知从机进入传输状态。 然后主机启动时钟发生器，产生同步时钟信号SCK；预先 将在两个移位寄存器中的数据在SCK的驱动下进行循环移 位操作，实现了主－从之间的数据交换。主机的数据由 MOSI（主机输出－从机输入）进入从机，而同时从机的 数据MISO（主机输入－从机输出）进入主机。数据传送 完成，主机将SS线拉高，表示传输结束。
• Bit 2 – CPHA: 时钟相位
CPHA 决定数据是在SCK 的起始沿采样还是在SCK 的结束沿 采样。
• Bits 1, 0 – SPR1, SPR0: SPI 时钟速率选择1 与0
确定主机的SCK 速率。SPR1 和SPR0 对从机模式没有影响。 SCK和振荡器频率fOSC之间的关系下表所示。
➢掌握SPI同步串行通信技术，并能合理 运用 到实际项目中。
【项目知识点与技能点】
➢SPI总线的通信协议 ➢ATmega16单片机SPI接控制与数据传输过程 ➢ATmega16 SPI接口相关寄存器的项目功能】
一、SPI总线通信协议概述
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统 是一种同步外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式 进行通信和数据交换。外围设备包括FLASHRAM、A/ D 转换 器、网络控制器、MCU 等. 一般使用4 线制: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 。
入。SS 为低将激活SPI 接口， MISO成为输出
( 用户必须进行相应的端口配置) 引脚，其他引脚 成为输入引脚。
·主机方式
当SPI被配置为主机时（寄存器SPCR的MSTR位 置“1”）,用户可以决定SS引脚方向。如果SS引 脚被设为输出，该引脚将作为通用输出口，不影响 SPI系统，通常用于驱动从机的SS引脚。
/* 启动数据传输 */ SPDR = data;
/* 等待传输结束 */ while(!(SPSR & (1<<SPIF))); }
（2）设置SPI为从机并进行简单的数据接收。
void spi_slaveset(void)
{ /* 设置MISO 为输出，其他为输入 */
DDRB = (1<<DDB6); /* 使能 SPI */
三、ATmega16 SPI接口相关的寄存器简单介绍
1）SPI控制寄存器－SPCR
• Bit 7 – SPIE: 使能SPI 中断 置位后，只要SPSR 寄存器的SPIF 和SREG 寄存器的全 局中断使能位置位，就会引发SPI中断。 • Bit 6 – SPE: 使能SPI SPE 置位将使能SPI。进行任何SPI 操作之前必须置位 SPE。 • Bit 5 – DORD: 数据次序 DORD 置位时数据的LSB 首先发送；否则数据的MSB 首先发送。
• Bit 4 – MSTR: 主/ 从选择
MSTR置位时选择主机模式，否则为从机。如果MSTR为"1”， SS配置为输入，但被拉低，则MSTR 被清零，寄存器SPSR 的SPIF 置位。用户必须重新设置MSTR 进入主机模式。
• Bit 3 – CPOL: 时钟极性
CPOL 置位表示空闲时SCK 为高电平；否则空闲时SCK 为低 电平。