SPI同步串行总线原理

三、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FLASHRAM、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。

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

AT91RM9200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。

SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。

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SPI协议举例

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；寄存器中的10101010左移一位，后面补入送来的一位未知数x，成了0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将锁存到寄存器中去，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。

举例：

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命令准备数据，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。下图示出SPI总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示):

SPI总线四种工作方式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备时钟相位和极性应该一致。

SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。

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接口时序如图3、图4所示。

补充：

上文中最后一句话：SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。个人理解这句话有2层意思：其一，主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定；其二，二者的配置应该保持一致，即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致，主设备的SDI同从设备的SDI配置一致。因为主从设备是在SCLK的控制下，同时发送和接收数据，并通过2个双向移位寄存器来交换数据。工作原理演示如下图：

上升沿主机SDO发送数据1，同时从设备SDO发送数据0；紧接着在SCLK的下降沿的时候从设备的SDI接收到了主机发送过来的数据1，同时主机也接收到了从设备发送过来的数据0.

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SPI协议心得

SPI接口时钟配置心得：

在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求，因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数据，是在时钟的下降沿还是上升沿输出数据。但要注意的是，由于主设备的SDO连接从设备的SDI，从设备的SDO连接主设备的SDI，从设备SDI接收的数据是主设备的SDO发送过来的，主设备SDI接收的数据是从设备SDO发送过来的，所以主设备这边SPI时钟极性的配置（即SDO的配置）跟从设备的SDI接收数据的极性是相反的，跟从设备SDO发送数据的极性是相同的。下面这段话是Sychip Wlan8100 Module Spec上说的，充分说明了时钟极性是如何配置的：

The 81xx module will always input data bits at the rising edge of the clock, and the host will always output data bits on the falling edge of the clock.

意思是：主设备在时钟的下降沿发送数据，从设备在时钟的上升沿接收数据。因此主设备这边SPI时钟极性应该配置为下降沿有效。

又如，下面这段话是摘自LCD Driver IC SSD1289：

SDI is shifted into 8-bit shift register on every rising edge of SCK in the order of data bit 7, data bit 6 …… data bit 0.

意思是：从设备SSD1289在时钟的上升沿接收数据，而且是按照从高位到地位的顺序接收数据的。因此主设备的SPI时钟极性同样应该配置为下降沿有效。

时钟极性和相位配置正确后，数据才能够被准确的发送和接收。因此应该对照从设备的SPI接口时序或者Spec文档说明来正确配置主设备的时钟。

总线协议及SPI时序图详解

SPI总线协议及SPI时序图详解 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，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 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，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=0x5一遍(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 ---------------------------------------------------

高速伺服总线及接口

高速伺服总线及接口在数控行业的发展概况 ——机自14班2110101092 牛善涛在计算机系统中，总线接口对整个系统的性能和功能都有直接影响，有关专家预测，在下一世纪里，串行总线将逐渐取代并行总线。 在数控系统中，个人计算机技术与数控技术越来越紧密地结合，由此而产生的具有开放性的PCNC数控系统，正在取代传统形式的数控系统，并成为市场的主流产品。计算机总线结构的变革，必将影响数控系统的体系结构，串行总线的应用将极大地改变现有的传统数控系统的结构形式。 串行总线的优点： 同并行总线相比，串行总线具有许多优点。串行总线连接引脚数量少，连接简单，成本较低，系统可靠性高。串行总线对系统体系结构具有重大的影响，它的应用有助于数据流计算机体系结构的实现。 对于高速计算机系统，串行总线比并行总线更容易使用。在并行总线中，传输数据的各个位必须处于一个时钟周期内的相同位置，频率越高，对器件的传输性能和电路结构要求越严格，系统设计难度加大，致使系统成本提高，可靠性降低。相比之下，使用串行总线时，数据的各个位是串行传输的。在串行总线设计时，既可以嵌入时钟信号作为同步信号，也可以采用锁相环的时钟恢复方式；同并行总线相比，串行总线的传输线效应比较容易处理，从而降低设计难度和系统成本。 另外，以串行信息包为基础的系统，不需要编写驱动程序。当断开任何一根互连线，对全部信息包进行解码时，串行总线将这些信息包移入存储器并中断处理器，这是一种局部的中断或事件。随后微处理器将查看这些信息包，而不需要用驱动程序进行上述工作。系统将成为一种信息传递系统，而不是事件驱动系统。 外围串行总线方式，如IEEE-1394/火线和USB(通用串行总线)，已能成功应用。某些供应商准备采用某种串行总线方式替代PCI(外围器件互连)系统总线。

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

串行通信接口典型应用举例

串行通信接口典型应用举例 SCI_FLAG .usect ".data0"，1 ;SCI标志寄存器 TXD_PTR .usect ".data0"，8 ;发送的数据存放区 RXD_PTR .usect ".data0"，8 ;接收到的数据存放区 .include "F2407REGS.H" ;引用头部文件 .def _c_int0 ;（1）建立中断向量表 .sect ".vectors" ;定义主向量段 RSVECT B _c_int0 ;PM 0 复位向量 1 INT1 B GISR1 ;PM 2 中断优先级1 4 INT2 B PHANTOM ;PM 4 中断优先级2 5 INT3 B PHANTOM ;PM 6 中断优先级3 6 INT4 B PHANTOM ;PM 8 中断优先级4 7 INT5 B PHANTOM ;PM A中断优先级5 8 INT6 B PHANTOM ;PM C 中断优先级6 9 RESERVED B PHANTOM ;PM E (保留位) 10 SW_INT8 B PHANTOM ;PM 10 用户定义软件中断— … SW_INT31 B PHANTOM ;PM 3E 用户定义软件中断— ;中断子向量入口定义pvecs .sect ".pvecs" ;定义子向量段 PVECTORS B PHANTOM ;保留向量地址偏移量0000h B PHANTOM ;保留向量地址偏移量0001h … B PHANTOM ;保留向量地址偏移量0005h B SCI_RX_ISR ;保留向量地址偏移量0006h SCI接收中断 B PHANTOM ;保留向量地址偏移量0007h … B PHANTOM ;保留向量地址偏移量0041h ;（2）主程序： .text _c_int0 SETC INTM CLRC SXM CLRC OV M CLRC CNF 214

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,

单片机软件模拟SPI接口—加深理解SPI总线协议

SPI — SPI SPI(Serial Peripheral Interfacer ) SPI RAM EEPROM FlashROM A D D A LED LED I O UART SPI I O SPI I O AT89C205l SPI EEPROM 93CA6 1 I O SPI 93C46 SPI 93CA6 SPI 4 I O (SK) DO DI CS (MSB) (LsB) 93C46 SPI 2

SPI SPI AT89C2051 SPI 1 AT89C2051 EEPROM 93C46 P1 0 SPI SDO P1 2 SPI SCK P1 3 SPI SCS P1 1 SPI SDI P1 2(SCK) 0( ) AT89C2051 P1 0 1 (1) 2 (10) 6 (A5A4A3A2A1A0) P1 1 1 (0) l6 ( ) AT89C2051 P1 0 1 (1) 2 (01) 6 (A5A4A3A2A1A0) P1 0 l6 ( ) (WEN)) 1 (1) 2 (00) 6 (11XXXX) (WDS)) 1 (1) 2 (00) 6 (00XXXX) C51 SPI // I/O sbit SDO=P1^0 sbit SDI=P1^1 sbit SCK=P1^ 2 sbit SCS=P1^3 sbit ACC_7= ACC^7 unsigned int SpiRead(unsigned char add) { unsigned char i unsigned int datal6 add&=0x3f /*6 */ add |=0x80 /* l0*/ SDO=1 /* 1 */ SCK=0 SCK=1 for(i=0 i<8 i++)/* */ { if(add&0x80==1) SDO=1 else SDO=0 SCK=0 /* */ SCK=1 add<<= 1 } SCK=1 /* 1 */

通信协议简介及区别(串行、并行、双工、RS232等)

基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。 并行通讯：一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯。 并行通讯的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只适用于近距离（相距数米）的通讯。 串行通讯：一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。 串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。 根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。 而按照串行数据的时钟控制方式，串行通信又可分为同步通信和异步通信两种方式。 异步通信：接收器和发送器有各自的时钟； 同步通信：发送器和接收器由同一个时钟源控制。 1、异步串行方式的特点 所谓异步通信，是指数据传送以字符为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的。异步串行通信的特点可以概括为： ①以字符为单位传送信息。 ②相邻两字符间的间隔是任意长。 ③因为一个字符中的比特位长度有限，所以需要的接收时钟和发送时钟只要相近就可以，不需同步。 ④异步方式特点简单的说就是：字符间异步，字符内部各位同步。 2、异步串行方式的数据格式 异步串行通信的数据格式如图1所示，每个字符（每帧信息）由4个部分组成： ①1位起始位，规定为低电0； ②5～8位数据位，即要传送的有效信息； ③1位奇偶校验位； ④1～2位停止位，规定为高电平1。 3、同步串行方式的特点 所谓同步通信，是指数据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步。同步串行通信的特点可以概括为： ①以数据块为单位传送信息。 ②在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔。 ③因为一次传输的数据块中包含的数据较多，所以接收时钟与发送进钟严格同步，通常要有同步时钟。 4、同步串行方式的数据格式 同步串行通信的数据格式如图2所示，每个数据块（信息帧）由3个部分组成： ①2个同步字符作为一个数据块(信息帧)的起始标志； ②n个连续传送的数据 ③2个字节循环冗余校验码(CRC) 图1 异步串行数据格式图2 同步串行数据格式

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

SPI同步串行总线原理

三、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FLASHRAM、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。 在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。 AT91RM9200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。 SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。 [编辑本段] SPI协议举例

习题11-串行接口

习题十一串行接口 11.1 为什么串行接口部件中的4个寄存器可以只用1位地址来进行区分？ 【答】复位后第一次用奇地址端口写入的值送模式寄存器；然后写入同步字符；然后写控制字。 读奇地址则读状态寄存器。所以奇地址对应模式、控制、状态寄存器，通过读写信号和时序来区分。偶地址对应数据输入、输出缓冲器，通过读写信号来区分。 11.2在数据通信系统中，什么情况下可以采用全双工方式，什么情况下可用半双工方式？【答】如果一个数据通信系统中，有两个信道可以采用全双工方式，只有一个信道只能采用半双工方式。 11.3 什么叫同步通信方式？什么叫异步通信方式？它们各有什么优缺点？ 【答】串行通信以同步信息封装的帧为单位传输。 同步通信，一帧可包含多个字符，要求收发双方传输速率严格一致，帧之间填充同步信息以保证发收双方随时同步，通信效率高。 异步通信，一帧只包含一个字符，帧之间为空闲位，每一帧都同步一次，由于帧小，发收双方传输速率允许有一定误差，但通信效率低。 11.4 什么叫波特率因子？什么叫波特率？设波特率因子为64，波特率为1200，那么时钟频率为 多少？ 【答】波特率指码元（波形）传输速率——单位时间内传输的码元个数，单位是Baud。 波特率因子是发送/接收时钟频率与波特率的比值。 时钟频率＝64×1200＝76800Hz 11.5 标准波特率系列指什么？ 【答】标准波特率系列为110，300，600，1200，1800，2400，9600，19200 11.6 设异步传输时，每个字符对应1个超始位、7个信息位、1个奇/偶校验位和1个停止位， 如果波特率为9600，刚每秒能传输的最大字符数为多少个？ 【答】即9600/10=960个 11.7 在RS-232-C标准中，信号电平与TTL电平不兼容，问RS-232-C标准的1和0分别对应什 么电平？RS-232-C的电平和TTL电平之间通常用什么器件进行转换？ 【答】 RS-232-C将-5V—-15V规定为“1”，将+5V—+15V规定为“0”。将TTL电平转换成RS-232-C电平时，中间要用到MC1488器件，反过来，用MC1489器件，将RS232-C电平转换成TTL电平。 11.8 从8251A的编程结构中，可以看到8251A有几个寄存器和外部电路有关？一共要几个端口 地址？为什么 【答】数据发送寄存器、数据接收寄存器，状态寄存器和命令寄存器。一共2个端口地址。数据发送寄存器（只写）和接收寄存器（只读）共用一个端口地址。命令寄存器（只写）和状态寄存器（只读）共用一个端口地址。 11.9 8251A内部有哪些功能模块？其中读/写控制逻辑电路的主要功能是什么？ 【答】8251A有一个数据输入缓冲寄存器和一个数据输出缓冲寄存器，一个发送移位寄存器和一个接收移位寄存器，一个控制寄存器和一个状态寄存器，一个模式寄存器和两个同步字符寄存器等功能模块。读/写控制逻辑电路用来配合数据总线缓冲器工作。其主要功能有：1）接收写信号WR，并将来自数据总线的数据和控制字写入8251A；2）接收读信号RD，并将数据或状态字从8251A送往数据总线；3）接收控制/数据信号C/D，将此信号和读/写信号合起来通知8251A，当前读/写的是数据还是控制字、状态字；4）接收时钟信号CLK，完成8251A的内部定时；5）接收复位信号RESET，使8251A处于空闲状态。 11.10 什么叫异步工作方式？画出异步工作方式时8251A的TxD和RxD线上的数据格式。【答】串行工作方式分为两种类型，一种叫同步方式，另一种叫异步方式。异步工作方式时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以，每个字符的前后都要用一些数位来作同步。在

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