STM32F03 SPI通信连续传送24位数据(DMA或者不用)
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IICvs 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观的。SPI是种四根信号线协议(如图):
§ SCLK: Serial Clock (output from master);
§ MOSI; SIMO: Master Output, Slave Input(output from master);
§ MISO; SOMI: Master Input, Slave Output(output from slave);
§ SS: Slave Select (active low, outputfrom master).
SPI是[单主设备( single-master )]通信协议,这意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写[从设备]时,它首先拉低[从设备]对应的SS线(SS是低电平有效),接着开始发送工作脉冲到时钟线上,在相应的脉冲时间上,[主设备]把信号发到MOSI实现“写”,同时可对MISO采样而实现“读”,如下图:
SPI有四种操作模式——模式0、模式1、模式2和模式3,它们的区别是定义了在时钟脉冲的哪条边沿转换(toggles)输出信号,哪条边沿采样输入信号,还有时钟脉冲的稳定电平值(就是时钟信号无效时是高还是低)。每种模式由一对参数刻画,它们称为时钟极(clock polarity)CPOL与时钟期(clock phase)CPHA。
[主从设备]必须使用相同的工作参数——SCLK、CPOL 和 CPHA,才能正常工作。如果有多个[从设备],并且它们使用了不同的工作参数,那么[主设备]必须在读写不同[从设备]间重新配置这些参数。以上SPI总线协议的主要内容。SPI不规定最大传输速率,没有地址方案;SPI也没规定通信应答机制,没有规定流控制规则。事实上,SPI[主设备]甚至并不知道指定的[从设备]是否存在。这些通信控制都得通过SPI协议以外自行实现。例如,要用SPI连接一支[命令-响应控制型]解码芯片,则必须在SPI的基础上实现更高级的通信协议。SPI并不关心物理接口的电气特性,例如信号的标准电压。在最初,大多数SPI应用都是使用间断性时钟脉冲和以字节为单位传输数据的,但现在有很多变种实现了连续性时间脉冲和任意长度的数据帧。
IIC
与SPI的单主设备不同,IIC 是多主设备的总线,IIC没有物理的芯片选择信号线,没有仲裁逻辑电路,只使用两条信号线—— ‘serial data’ (SDA) 和 ‘serial clock’ (SCL)。IIC协议规定:
§ 第一,每一支IIC设备都有一个唯一的七位设备地址;
§ 第二,数据帧大小为8位的字节;
§ 第三,数据(帧)中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向(读写)和应答机制。
IIC 数据传输速率有标准模式(100 kbps)、快速模式(400 kbps)和高速模式(3.4 Mbps),另外一些变种实现了低速模式(10 kbps)和快速+模式(1 Mbps)。
物理实现上,IIC 总线由两根信号线和一根地线组成。两根信号线都是双向传输的,参考下图。IIC协议标准规定发起通信的设备称为主设备,主设备发起一次通信后,其它设备均为从设备。
IIC 通信过程大概如下。首先,主设备发一个START信号,这个信号就像对所有其它设备喊:请大家注意!然后其它设备开始监听总线以准备接收数据。接着,主设备发送一个7位设备地址加一位的读写操作的数据帧。当所设备接收数据后,比对地址自己是否目标设备。如果比对不符,设备进入等待状态,等待STOP信号的来临;如果比对相符,设备会发送一个应答信号——ACKNOWLEDGE作回应。
当主设备收到应答后便开始传送或接收数据。数据帧大小为8位,尾随一位的应答信号。主设备发送数据,从设备应答;相反主设备接数据,主设备应答。当数据传送完毕,主设备发送一个STOP信号,向其它设备宣告释放总线,其它设备回到初始状态。
基于IIC总线的物理结构,总线上的START和STOP信号必定是唯一的。另外,IIC总线标准规定SDA线的数据转换必须在SCL线的低电平期,在SCL线的高电平期,SDA线的上数据是稳定的。
在物理实现上,SCL线和SDA线都是漏极开路(open-drain),通过上拉电阻外加一个电压源。当把线路接地时,线路为逻辑0,当释放线路,线路空闲时,线路为逻辑1。基于这些特性,IIC设备对总线的操作仅有“把线路接地”——输出逻辑0。
IIC总线设计只使用了两条线,但相当优雅地实现任意数目设备间无缝通信,堪称完美。我们设想一下,如果有两支设备同时向SCL线和SDA线发送信息会出现什么情况。
基于IIC总线的设计,线路上不可能出现电平冲突现象。如果一支设备发送逻辑0,其它发送逻辑1,那么线路看到的只有逻辑0。也就是说,如果出现电平冲突,发送逻辑0的始终是“赢家”。
总线的物理结构亦允许主设备在往总线写数据的同时读取数据。这样,任何设备都可以检测冲突的发生。当两支主设备竞争总线的时候,“赢家”并不知道竞争的发生,只有“输家”发现了冲突——当它写一个逻辑1,却读到0时——而退出竞争。
10位设备地址
任何IIC设备都有一个7位地址,理论上,现实中只能有127种不同的IIC设备。实际上,已有IIC的设备种类远远多于这个限制,在一条总线上出现相同的地址的IIC设备的概率相当高。为了突破这个限制,很多设备使用了双重地址——7位地址加引脚地址(external configuration pins)。IIC 标准也预知了这种限制,提出10位的地址方案。
10位的地址方案对 IIC协议的影响有两点:
§ 第一,地址帧为两个字节长,原来的是一个字节;
§ 第二,第一个字节前五位最高有效位用作10位地址标识,约定是“11110”。
除了10位地址标识,标准还预留了一些地址码用作其它用途,如下表:
时钟拉伸
在 IIC 通信中,主设备决定了时钟速度。因为时钟脉冲信号是由主设备显式发出的。但是,当从设备没办法跟上主设备的速度时,从设备需要一种机制来请求主设备慢一点。这种机制称为时钟拉伸,而基于I²C结构的特殊性,这种机制得到实现。当从设备需要降低传输的速度的时候,它可以按下时钟线,逼迫主设备进入等待状态,直到从设备释放时钟线,通信才继续。
高速模式
原理上讲,使用上拉电阻来设置逻辑1会限制总线的最大传输速度。而速度是限制总线应用的因素之一。这也说明为什么要引入高速模式(3.4 Mbps)。在发起一次高速模式传输前,主设备必须先在低速的模式下(例如快速模式)发出特定的“High Speed Master”信号。为缩短信号的周期和提高总线速度,高速模式必须使用额外的I/O缓冲区。另外,总线仲裁在高速模式下可屏蔽掉。更多的信息请参与总线标准文档。
IIC vs SPI: 哪位是赢家?
我们来对比一下IIC 和 SPI的一些关键点:
第一,总线拓扑结构/信号路由/硬件资源耗费
IIC 只需两根信号线,而标准SPI至少四根信号,如果有多个从设备,信号需要更多。一些SPI变种虽然只使用三根线——SCLK, SS和双向的MISO/MOSI,但SS线还是要和从设备一对一根。另外,如果SPI要实现多主设备结构,总线系统需额外的逻辑和线路。用IIC 构建系统总线唯一的问题是有限的7位地址空间,但这个问题新标准已经解决——使用10位地址。从第一点上看,IIC是明显的大赢家。
第二,数据吞吐/传输速度
如果应用中必须使用高速数据传输,那么SPI是必然的选择。因为SPI是全双工,IIC 的不是。SPI没有定义速度限制,一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps。IIC 最高的速度也就快速+模式(1 Mbps)和高速模式(3.4 Mbps),后面的模式还需要额外的I/O缓冲区,还并不是总是容易实现的。
第三,优雅性
IIC 常被称更优雅于SPI。公正的说,我们更倾向于认为两者同等优雅和健壮。IIC的优雅在于它的特色——用很轻盈的架构实现了多主设备仲裁和设备路由。但是对使用的工程师来讲,理解总线结构更费劲,而且总线的性能不高。
SPI的优点在于它的结构相当的直观简单,容易实现,并且有很好扩展性。SPI的简单性不足称其优雅,因为要用SPI搭建一个有用的通信平台,还需要在SPI之上构建特定的通信协议软件。也就是说要想获得SPI特有而IIC没有的特性——高速性能,工程师们需要付出更多的劳动。另外,这种自定的工作是完全自由的,这也说明为什么SPI没有官方标准。IIC和SPI都对低速设备通信提供了很好的支持,不过,SPI适合数据流应用,而IIC更适合“字节设备”的多主设备应用。
小结
在数字通信协议簇中,IIC和SPI常称为“小”协议,相对Ethernet, USB, SATA, PCI-Express等传输速度达数百上千兆字节每秒的总线。但是,我们不能忘记的是各种总线的用途是什么。“大”协议是用于系统外的整个系统之间通信的,“小”协议是用于系统内各芯片间的通信,没有迹象表明“大”协议有必要取代“小”协议。IIC和SPI的存在和流行体现了“够用就好”的哲学。回应文首,IIC和SPI如此的流行,它是任何一位嵌入式工程师必备的工具。
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原文链接:https://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/6878547
本章节将与大家一起配置SPI使用GY-63气压传感器模块。
SPI介绍
SPI(Serial Peripheral Interface, 同步外设接口)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 通信原理比 I2C要简单,它主要是主从方式通信,这种模式通常只有一个主机和一个或者多个从机,如图1,标准的 SPI 是 4 根线,分别是 SSEL(片选,也写作 SCS)、SCLK(时钟,也写作 SCK)、MOSI(主机输出从机输入Master Output/Slave Input)和 MISO(主机输入从机输出 Master Input/Slave Output)。
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2中表现了这四种时序,时序与CPOL、CPHA的关系也可以从图中看出。在通信时,主机和从机必须要配置成相同的时序模式。
CPOL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。CPHA是用来决定采样时刻的,CPHA=0,在每个周期的第一个时钟沿采样,CPHA=1,在每个周期的第二个时钟沿采样。
在SPIN27上的SPI拥有如下特性:
• 完全兼容 Motorola 的 SPI 规格
• 支持各 8 个对应配置数据位(Data size)的发送缓冲器和接收缓冲器
• 支持 DMA 请求
• 在 3 根线上支持全双工同步传输
• 16 位的可编程波特率生成器
• 支持主机模式和从机模式
• 支持一个主机多个从机操作
• 主机模式下SPI的时钟最快可高达36M,从机模式下SPI的时钟最快可高达18M
• 可编程的时钟极性和相位
• 可编程的数据顺序, MSB在前或者LSB在前
• 支持 1 ∼ 32 位的数据位长度同时发送和接收注:除了 8 位数据收发,其余 1 ∼ 32 位数据收发只支持 LSB 模式,不支持 MSB 模式。
下面我们简单的配置一下MM32SPIN27的SPI主机模式:
SPI主机模式配置:
void SPIM_Init(SPI_TypeDef* SPIx,unsigned short spi_baud_div) { SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; if(SPIx==SPI1) { RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7,GPIO_AF_0); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; //spi1_cs pa4 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //spi1_sck pa5 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 推免复用输出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //spi1_mosi pa7 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 推免复用输出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //spi1_miso pa6 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } if(SPIx==SPI2) { RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource12,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource13,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource14,GPIO_AF_0); GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource15,GPIO_AF_0); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 推免复用输出 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; //spi2_sck pb13 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 推免复用输出 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; //spi2_mosi pb15 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 推免复用输出 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14; //spi2_miso pb14 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); } SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; SPI_InitStructure.SPI_DataWidth = SPI_DataWidth_8b; SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //空闲时钟电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //采样时钟沿 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //软件控制片选线 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = spi_baud_div; //时钟分频 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_Init(SPIx, &SPI_InitStructure); SPI_Cmd(SPIx, ENABLE); SPI_BiDirectionalLineConfig(SPIx, SPI_Direction_Tx); //启用发送功能 SPI_BiDirectionalLineConfig(SPIx, SPI_Direction_Rx); //启用接收功能 }
下面是一些常用操作函数:
void SPIM_CSLow(SPI_TypeDef* SPIx) { SPI_CSInternalSelected(SPIx, SPI_CS_BIT0,ENABLE); } void SPIM_CSHigh(SPI_TypeDef* SPIx) { SPI_CSInternalSelected(SPIx, SPI_CS_BIT0,DISABLE); } unsigned int SPIMReadWriteByte(SPI_TypeDef* SPIx,unsigned char tx_data) { SPI_SendData(SPIx, tx_data); while(!SPI_GetFlagStatus(SPIx, SPI_FLAG_RXAVL)); return SPI_ReceiveData(SPIx); }
接下来,调用上面的SPIM_Init()函数,就可以初始化SPI主机模式了
按照SPI标准,发送和接收数据的时候,需要先用SPIM_CSLow()或SPIM_CSHigh()设置片选信号,再用SPIMReadWriteByte()函数同时收发数据,完成操作后再设置片选信号为空闲,以此完成一次通信。
可以看到,图中,CS输出低电平,开始一次通信,主机发送的数据为0xA2,0x00,0x00,从机发送的数据为0xFE,0xB9,0xB9,CS输出高电平,此次通信结束。
下面,我们以市面上常见的基于MS5611的GY-63气压传感器为例,介绍一个SPIN27的SPI接口应用。
气压传感器应用
MS5611气压传感器是由MEAS(瑞士)推出的一款SPI和I²C总线接口的新一代高分辨率气压传感器,分辨率可达到10cm。MS5611提供了一个精确的24位数字压力值和温度值以及不同的操作模式,可以提高转换速度并优化电流消耗。5.0毫米×3.0毫米×1.0毫米的小尺寸可以集成在移动设备中。
可以从下面的网址获取详细数据手册:
https://www.alldatasheetcn.com/datasheet-pdf/pdf/880802/TEC/MS5611-01BA0...
GY-63程序代码:
u16 PROMData[8]={0}; //实际使用6个u16 uint32_t D1_Pres,D2_Temp; // 存放数字压力和温度 float Pressure; //温度补偿大气压 float dT,Temperature,Temperature2;//实际和参考温度之间的差异,实际温度,中间值 double OFF,SENS; //实际温度抵消,实际温度灵敏度 float Aux,OFF2,SENS2; //温度校验值 void SPIM_Test(SPI_TypeDef* SPIx) { int i =0; SPIM_Init(SPIx,0x4);//12MHz Reset_GY_63(SPIx); //复位,0x1E ReadPROM(SPIx,PROMData); GetTemperature(SPIx,Convert_D2_OSR_4096); //0x58 GetPressure(SPIx,Convert_D1_OSR_4096); //0x48 printf("\nPROM Data: \r\n"); for (i =0;i<8;i++) printf("PROMData%d = %4x\r\n",i,PROMData[i]); printf("\r\nReadTemperature = %x\r\n",D2_Temp); printf("ReadPressure = %x\r\n",D1_Pres); printf("CalculateTemperature = %f\r\n",Temperature/100); printf("CalculatePressure = %f\r\n",Pressure); } void SetConvertMode(SPI_TypeDef*SPIx,u8 command) { SPIM_CSLow(SPIx); SPIMReadWriteByte(SPIx,command); SPIM_CSHigh(SPIx); delay_ms(10); //d1_4096 ≥ 8.22ms } u32 ReadADCData(SPI_TypeDef*SPIx) { u32 ADCData=0; SPIM_CSLow(SPIx); SPIMReadWriteByte(SPIx,ADC_Read); ADCData=SPIMReadWriteByte( SPIx,0); ADCData=ADCData<<8 |SPIMReadWriteByte( SPIx,0); ADCData=ADCData<<8 |SPIMReadWriteByte( SPIx,0); SPIM_CSHigh(SPIx); return ADCData&0xFFFFFF; } void Reset_GY_63(SPI_TypeDef*SPIx) { SPIM_CSLow(SPIx); SPIMReadWriteByte(SPIx,GY_63_RESET); SPIM_CSHigh(SPIx); delay_ms(5); //等待复位,≥2.8ms } void ReadPROM(SPI_TypeDef*SPIx,u16 * PROMData_t) { int PROM_Addr = 0; for (PROM_Addr=0xA0;PROM_Addr<=0xAE;PROM_Addr+=2) { SPIM_CSLow(SPIx); SPIMReadWriteByte(SPIx,PROM_Addr);//PROM *PROMData_t = SPIMReadWriteByte( SPIx,0);//PROM *PROMData_t = *PROMData_t<<8|SPIMReadWriteByte( SPIx,0);//PROM SPIM_CSHigh(SPIx); PROMData_t++; } } void GetTemperature(SPI_TypeDef*SPIx,u16 OSRTemp) { SetConvertMode(SPIx,OSRTemp); D2_Temp= ReadADCData(SPIx); dT=D2_Temp - (((uint32_t)PROMData[5])<<8); Temperature=2000+dT*((uint32_t)PROMData[6])/8388608; //算出温度值的100倍 } void GetPressure(SPI_TypeDef*SPIx,u16 OSRTemp) { SetConvertMode(SPIx,OSRTemp); D1_Pres = ReadADCData(SPIx); OFF=(uint32_t)(PROMData[2]<<16)+((uint32_t)PROMData[4]*dT)/128.0; SENS=(uint32_t)(PROMData[1]<<15)+((uint32_t)PROMData[3]*dT)/256.0; //温度补偿 if(Temperature < 2000) { Temperature2 = (dT*dT) / 0x80000000; Aux = (Temperature-2000)*(Temperature-2000); OFF2 = 2.5*Aux; SENS2 = 1.25*Aux; if(Temperature < -1500) { Aux = (Temperature+1500)*(Temperature+1500); OFF2 = OFF2 + 7*Aux; SENS2 = SENS + 5.5*Aux; } }else //(Temperature > 2000) { Temperature2 = 0; OFF2 = 0; SENS2 = 0; } Temperature = Temperature - Temperature2; OFF = OFF - OFF2; SENS = SENS - SENS2; Pressure=(D1_Pres*SENS/2097152.0-OFF)/32768.0; } int main(void) { Uart_ConfigInit(9600); delay_init(); SPIM_Test(SPI1); while(1) { } }
程序运行结果:
按照数据手册,连接MCU和模块对应的引脚,模块的PS引脚接地选择SPI模式,编译下载运行程序,在UART输出如下结果:
从上图,我们可以看到MCU成功读取到模块的PROM和两种模式下ADC的数据,并且通过初步计算得到了温度和气压。
同样,我们也可以通过逻辑分析仪,分析芯片与模块之间的数据交互,进一步了解SPI通信,进一步熟悉芯片的使用。
来源:灵动MM32MCU
IICvs 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观的。SPI是种四根信号线协议(如图):
§ SCLK: Serial Clock (output from master);
§ MOSI; SIMO: Master Output, Slave Input(output from master);
§ MISO; SOMI: Master Input, Slave Output(output from slave);
§ SS: Slave Select (active low, outputfrom master).
SPI是[单主设备( single-master )]通信协议,这意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写[从设备]时,它首先拉低[从设备]对应的SS线(SS是低电平有效),接着开始发送工作脉冲到时钟线上,在相应的脉冲时间上,[主设备]把信号发到MOSI实现“写”,同时可对MISO采样而实现“读”,如下图:
SPI有四种操作模式——模式0、模式1、模式2和模式3,它们的区别是定义了在时钟脉冲的哪条边沿转换(toggles)输出信号,哪条边沿采样输入信号,还有时钟脉冲的稳定电平值(就是时钟信号无效时是高还是低)。每种模式由一对参数刻画,它们称为时钟极(clock polarity)CPOL与时钟期(clock phase)CPHA。
[主从设备]必须使用相同的工作参数——SCLK、CPOL 和 CPHA,才能正常工作。如果有多个[从设备],并且它们使用了不同的工作参数,那么[主设备]必须在读写不同[从设备]间重新配置这些参数。以上SPI总线协议的主要内容。SPI不规定最大传输速率,没有地址方案;SPI也没规定通信应答机制,没有规定流控制规则。事实上,SPI[主设备]甚至并不知道指定的[从设备]是否存在。这些通信控制都得通过SPI协议以外自行实现。例如,要用SPI连接一支[命令-响应控制型]解码芯片,则必须在SPI的基础上实现更高级的通信协议。SPI并不关心物理接口的电气特性,例如信号的标准电压。在最初,大多数SPI应用都是使用间断性时钟脉冲和以字节为单位传输数据的,但现在有很多变种实现了连续性时间脉冲和任意长度的数据帧。
IIC
与SPI的单主设备不同,IIC 是多主设备的总线,IIC没有物理的芯片选择信号线,没有仲裁逻辑电路,只使用两条信号线—— ‘serial data’ (SDA) 和 ‘serial clock’ (SCL)。IIC协议规定:
§ 第一,每一支IIC设备都有一个唯一的七位设备地址;
§ 第二,数据帧大小为8位的字节;
§ 第三,数据(帧)中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向(读写)和应答机制。
IIC 数据传输速率有标准模式(100 kbps)、快速模式(400 kbps)和高速模式(3.4 Mbps),另外一些变种实现了低速模式(10 kbps)和快速+模式(1 Mbps)。
物理实现上,IIC 总线由两根信号线和一根地线组成。两根信号线都是双向传输的,参考下图。IIC协议标准规定发起通信的设备称为主设备,主设备发起一次通信后,其它设备均为从设备。
IIC 通信过程大概如下。首先,主设备发一个START信号,这个信号就像对所有其它设备喊:请大家注意!然后其它设备开始监听总线以准备接收数据。接着,主设备发送一个7位设备地址加一位的读写操作的数据帧。当所设备接收数据后,比对地址自己是否目标设备。如果比对不符,设备进入等待状态,等待STOP信号的来临;如果比对相符,设备会发送一个应答信号——ACKNOWLEDGE作回应。
当主设备收到应答后便开始传送或接收数据。数据帧大小为8位,尾随一位的应答信号。主设备发送数据,从设备应答;相反主设备接数据,主设备应答。当数据传送完毕,主设备发送一个STOP信号,向其它设备宣告释放总线,其它设备回到初始状态。
基于IIC总线的物理结构,总线上的START和STOP信号必定是唯一的。另外,IIC总线标准规定SDA线的数据转换必须在SCL线的低电平期,在SCL线的高电平期,SDA线的上数据是稳定的。
在物理实现上,SCL线和SDA线都是漏极开路(open-drain),通过上拉电阻外加一个电压源。当把线路接地时,线路为逻辑0,当释放线路,线路空闲时,线路为逻辑1。基于这些特性,IIC设备对总线的操作仅有“把线路接地”——输出逻辑0。
IIC总线设计只使用了两条线,但相当优雅地实现任意数目设备间无缝通信,堪称完美。我们设想一下,如果有两支设备同时向SCL线和SDA线发送信息会出现什么情况。
基于IIC总线的设计,线路上不可能出现电平冲突现象。如果一支设备发送逻辑0,其它发送逻辑1,那么线路看到的只有逻辑0。也就是说,如果出现电平冲突,发送逻辑0的始终是“赢家”。
总线的物理结构亦允许主设备在往总线写数据的同时读取数据。这样,任何设备都可以检测冲突的发生。当两支主设备竞争总线的时候,“赢家”并不知道竞争的发生,只有“输家”发现了冲突——当它写一个逻辑1,却读到0时——而退出竞争。
10位设备地址
任何IIC设备都有一个7位地址,理论上,现实中只能有127种不同的IIC设备。实际上,已有IIC的设备种类远远多于这个限制,在一条总线上出现相同的地址的IIC设备的概率相当高。为了突破这个限制,很多设备使用了双重地址——7位地址加引脚地址(external configuration pins)。IIC 标准也预知了这种限制,提出10位的地址方案。
10位的地址方案对 IIC协议的影响有两点:
§ 第一,地址帧为两个字节长,原来的是一个字节;
§ 第二,第一个字节前五位最高有效位用作10位地址标识,约定是“11110”。
除了10位地址标识,标准还预留了一些地址码用作其它用途,如下表:
时钟拉伸
在 IIC 通信中,主设备决定了时钟速度。因为时钟脉冲信号是由主设备显式发出的。但是,当从设备没办法跟上主设备的速度时,从设备需要一种机制来请求主设备慢一点。这种机制称为时钟拉伸,而基于I²C结构的特殊性,这种机制得到实现。当从设备需要降低传输的速度的时候,它可以按下时钟线,逼迫主设备进入等待状态,直到从设备释放时钟线,通信才继续。
高速模式
原理上讲,使用上拉电阻来设置逻辑1会限制总线的最大传输速度。而速度是限制总线应用的因素之一。这也说明为什么要引入高速模式(3.4 Mbps)。在发起一次高速模式传输前,主设备必须先在低速的模式下(例如快速模式)发出特定的“High Speed Master”信号。为缩短信号的周期和提高总线速度,高速模式必须使用额外的I/O缓冲区。另外,总线仲裁在高速模式下可屏蔽掉。更多的信息请参与总线标准文档。
IIC vs SPI: 哪位是赢家?
我们来对比一下IIC 和 SPI的一些关键点:
第一,总线拓扑结构/信号路由/硬件资源耗费
IIC 只需两根信号线,而标准SPI至少四根信号,如果有多个从设备,信号需要更多。一些SPI变种虽然只使用三根线——SCLK, SS和双向的MISO/MOSI,但SS线还是要和从设备一对一根。另外,如果SPI要实现多主设备结构,总线系统需额外的逻辑和线路。用IIC 构建系统总线唯一的问题是有限的7位地址空间,但这个问题新标准已经解决——使用10位地址。从第一点上看,IIC是明显的大赢家。
第二,数据吞吐/传输速度
如果应用中必须使用高速数据传输,那么SPI是必然的选择。因为SPI是全双工,IIC 的不是。SPI没有定义速度限制,一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps。IIC 最高的速度也就快速+模式(1 Mbps)和高速模式(3.4 Mbps),后面的模式还需要额外的I/O缓冲区,还并不是总是容易实现的。
第三,优雅性
IIC 常被称更优雅于SPI。公正的说,我们更倾向于认为两者同等优雅和健壮。IIC的优雅在于它的特色——用很轻盈的架构实现了多主设备仲裁和设备路由。但是对使用的工程师来讲,理解总线结构更费劲,而且总线的性能不高。
SPI的优点在于它的结构相当的直观简单,容易实现,并且有很好扩展性。SPI的简单性不足称其优雅,因为要用SPI搭建一个有用的通信平台,还需要在SPI之上构建特定的通信协议软件。也就是说要想获得SPI特有而IIC没有的特性——高速性能,工程师们需要付出更多的劳动。另外,这种自定的工作是完全自由的,这也说明为什么SPI没有官方标准。IIC和SPI都对低速设备通信提供了很好的支持,不过,SPI适合数据流应用,而IIC更适合“字节设备”的多主设备应用。
小结
在数字通信协议簇中,IIC和SPI常称为“小”协议,相对Ethernet, USB, SATA, PCI-Express等传输速度达数百上千兆字节每秒的总线。但是,我们不能忘记的是各种总线的用途是什么。“大”协议是用于系统外的整个系统之间通信的,“小”协议是用于系统内各芯片间的通信,没有迹象表明“大”协议有必要取代“小”协议。IIC和SPI的存在和流行体现了“够用就好”的哲学。回应文首,IIC和SPI如此的流行,它是任何一位嵌入式工程师必备的工具。
转自:CSDN
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。
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。
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)。
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脉冲 主机sbuff 从机sbuff sdi sdo
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0 00-0 10101010 01010101 0 0
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1 0--1 0101010x 10101011 0 1
1 1--0 01010100 10101011 0 1
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2 0--1 1010100x 01010110 1 0
2 1--0 10101001 01010110 1 0
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3 0--1 0101001x 10101101 0 1
3 1--0 01010010 10101101 0 1
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4 0--1 1010010x 01011010 1 0
4 1--0 10100101 01011010 1 0
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5 0--1 0100101x 10110101 0 1
5 1--0 01001010 10110101 0 1
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6 0--1 1001010x 01101010 1 0
6 1--0 10010101 01101010 1 0
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7 0--1 0010101x 11010101 0 1
7 1--0 00101010 11010101 0 1
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8 0--1 0101010x 10101010 1 0
8 1--0 01010101 10101010 1 0
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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时序图详解-SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻
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。
CPOL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。CPHA是用来决定采样时刻的,CPHA=0,在每个周期的第一个时钟沿采样,CPHA=1,在每个周期的第二个时钟沿采样。
由于我使用的器件工作在模式0这种时序(CPOL=0,CPHA=0),所以将图1简化为图2,
只关注模式0的时序。
我们来关注SCK的第一个时钟周期,在时钟的前沿采样数据(上升沿,第一个时钟沿),在时钟的后沿输出数据(下降沿,第二个时钟沿)。首先来看主器件,主器件的输出口(MOSI)输出的数据bit1,在时钟的前沿被从器件采样,那主器件是在何时刻输出bit1的呢?bit1的输出时刻实际上在SCK信号有效以前,比 SCK的上升沿还要早半个时钟周期。bit1的输出时刻与SSEL信号没有关系。再来看从器件,主器件的输入口MISO同样是在时钟的前沿采样从器件输出的bit1的,那从器件又是在何时刻输出bit1的呢。
从器件是在SSEL信号有效后,立即输出bit1,尽管此时SCK信号还没有起效。关于上面的主器件和从器件输出bit1位的时刻,可以从图3、4中得到验证。
注意图3中,CS信号有效后(低电平有效,注意CS下降沿后发生的情况),故意用延时程序延时了一段时间,之后再向数据寄存器写入了要发送的数据,来观察主器件输出bit1的情况(MOSI)。可以看出,bit1(值为1)是在SCK信号有效之前的半个时钟周期的时刻开始输出的(与CS信号无关),到了SCK的第一个时钟周期的上升沿正好被从器件采样。
图4中,注意看CS和MISO信号。我们可以看出,CS信号有效后,从器件立刻输出了bit1(值为1)。
通常我们进行的spi操作都是16位的。图5记录了第一个字节和第二个字节间的相互衔接的过程。第一个字节的最后一位在SCK的上升沿被采样,随后的SCK下降沿,从器件就输出了第二个字节的第一位。
SPI总线协议介绍(接口定义,传输时序)
一、技术性能
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(Master Slave)架构;支持多slave模式应用,一般仅支持单Master。
时钟由Master控制,在时钟移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后(MSB first);SPI接口有2根单向数据线,为全双工通信,目前应用中的数据速率可达几Mbps的水平。
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二、接口定义
SPI接口共有4根信号线,分别是:设备选择线、时钟线、串行输出数据线、串行输入数据线。
(1)MOSI:主器件数据输出,从器件数据输入
(2)MISO:主器件数据输入,从器件数据输出
(3)SCLK :时钟信号,由主器件产生
(4)/SS:从器件使能信号,由主器件控制
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三、内部结构
四、传输时序
SPI接口在内部硬件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。如下图所示,在SCLK的下降沿上数据改变,上升沿一位数据被存入移位寄存器。
来源:IT点滴
I2C和SPI是两种不同的通信协议。
听到协议,似乎高不可攀,其实协议就是人们定义的一个标准而已,我们只要遵照这个标准去做事,就可以。比如公司规定早上9点上班,我们就9点上班,不然就会扣薪水,这就是个协议。
用I2C通信的芯片最常用的就是EEPROM芯片,如Atmel的AT24CXX系列,此外,还有一些其它功能的芯片。用SPI通信的芯片有外置FLASH芯片,同样,还有其他功能的一些芯片。
I2C通信需要用到两个引脚:SDA SCL。SCL是时钟引脚,SDA是数据引脚。
SPI通信需要3个引脚或者4个引脚:CS SCK MOSI MISO。SPI通信芯片的引脚名称不一定都是这几个名称,可能还有会别的名称,但是意思是一样的,例如MOSI引脚的意思是“主机输出从机输入”,某个SPI接口的芯片就有可能会写成SDI,因为这个SPI器件是作为从机的,所以它的SDI的意思就是“从机数据输入引脚”。
SPI通信过程为:把CS引脚拉低,然后SCK输出时钟,然后就可以在MOSI引脚上输出数据,同时可以在MISO上获得数据了。
大部分单片机上面都会带有I2C口和SPI口,有可能还会有好几个I2C口和SPI口。不过,不带I2C口和SPI口的单片机,也可以通过普通引脚的模拟他们的时序来进行通信。
而且,如果是初学者的话,一定要学习一下用普通引脚模拟,对他们的通信本质理解更深刻。
通信全程,其实就是控制引脚高低电平和检测引脚高低电平的过程,话说,控制单片机的引脚高低电平和检测引脚的高低电平,第一天学单片机就会了,所以,I2C通信和SPI通信也没什么难的地方。
给大家讲一个最简单的通信过程,例如我们称下面的通信名称为KJLWT,名字是不是看起来很吊,其实是“科技老顽童”的拼音首字母,因为接下来的协议是我刚刚发明的,所以以此命名^_^。主要是让大家理解,名称就是用来吓唬人的。
我们用两条线来通信,一条时钟线,一条数据线。时钟线,其实就是用来产生一个脉冲波形,再说的直接一点,就是把引脚变高变低的信号,如下图:
例如我们规定,在时钟引脚为高电平的时候,读取数据引脚的电平,连续8个时钟,就可以读到一个字节了。那给数据的那一端,要怎么给数据呢?也很简单,给数据的那一端,在检测到低电平的时候,就把要发送的数据按照位体现在数据引脚上面。例如一个数据:0x88,写成二进制以后就是1000 1000。我们来看一下传输这个数据的过程:从机检测时钟引脚,检测到一个下降沿(就是从高电平落到了低电平),就把要发送的数据的bit7体现在数据引脚上,例如1000 1000的bit7是1,就把数据引脚变高电平,主机在时钟引脚的高电平,检测这个数据引脚,把这个位记录下来,从机再次发现时钟引脚的下降沿后,再把数据的bit6体现在数据引脚上,由于1000 1000 的bit6是0,所以从机把数据引脚拉低,然后当时钟引脚为高电平的时候,主机检测数据引脚的高低电平,再把bit6记录下来,……以此8次,就可以把一个字节由从机传输到主机了。是不是很简单呢?
时钟的速率,就是传输数据的快慢,以上面讲的为例,如果脉冲的周期为1秒钟,也就是1Hz,那么传输一个字节就需要8秒钟;如果脉冲的周期为1毫秒,也就是1KHz,那么输出一个字节只需要8毫秒。这下你就理解通信的速率是什么意思了吧?
I2C通信,SPI通信,只不过是在我刚才讲的例子上面,又多了一些协议内容。具体的协议,你们随便找一个I2C和SPI通信接口的芯片看一下时序图就可以了。我们要做的,就是用单片机的引脚,把它的时序做出来。
转自:博客园 - JHJ_BABY
SPI (Serial Peripheral interface),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,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内部简明结构图
关于SPI传输过程(下面由灵魂画家作图)
SPI包含四根线:
1、SS(Slave Select):片选信号线,当有多个SPI设备与MCU相连时,每个设备的这个片选信号线是与MCU单独的引脚相连的,而其他SCK,MOSI,MISO线则为多个设备并联到相同的SPI总线上,当SS信号线为低电平时,片选有效,开始SPI通信
2、SCK(Serial Clock):时钟信号线,由主通信设备产生,不同的设备支持的时钟频率不一样。
3、MOSI(Master Output,Slave Input):主设备输出、从设备输入引脚
4、MISO(Master Input,Slave Output):主设备输入、从设备输出引脚
关于SPI模式
根据SPI时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)配置的不同可分为4种模式
时钟极性是指SPI通信设备处于空闲状态时(或SPI通信开始时,即SS为低电平时),SCK的电平信号
CPOL=0时,SCK空闲状态为低电平,CPOL=1时则相反。
时钟相位是指数据采样的时刻,当CPHA=0时,MOSI或MISO数据线会在时钟线第一个边沿开始采样(奇数边沿)
当CPHA=1时,MOSI或MISO数据线会在时钟线第二个边沿开始采样(偶数边沿)
stm32 SPI接口框图
stm32 SPI配置过程
1、配置相关引脚的复用功能,使能SPIx时钟
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
2、初始化SPIx,设置SPIx工作模式
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);
3、使能SPIx
void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);
4、SPI传输数据
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);
5、查看SPI传输状态
FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG);
转自:古墓派掌门 - 博客园
UART、SPI、IIC是经常用到的几个数据传输标准,下面就分别总结一下:
UART(Universal Asynchronous Receive Transmitter):也就是我们经常所说的串口,基本都用于调试。
主机和从机至少要接三根线,RX、TX和GND。TX用于发送数据,RX用于接受数据(收发不是一根线,所以是全双工方式)。注意A和B通信A.TX要接B.RX,A.RX要接B.TX(A用TX发B当然要用RX来收了!)
如果A是PC机,B是单片机,A和B之间还要接一块电平转换芯片,用于将TTL/CMOS(单片机电平)转换为RS232(PC机电平)。因为TTL/CMOS电平范围是0~1.8/2.5/3.3/5V(不同单片机范围不同),高电压表示1,低电压表示0。而RS232逻辑电平范围-12V~12V,-5~-12表示高电平,+5~+12V表示低电平(对!你没有听错)。为什么这么设置?这就要追溯到调制解调器出生时代了,有兴趣自己去查资料!
数据协议:以PC机A给单片机B发数据为例(1为高电平,0为低电平):A.TX to B.RX。刚开始B.RX的端口保持1,当A.TX发来一个0作为起始位告诉B我要发数据了!然后就开始发数据,发多少呢?通常一次是5位、6位、7位、8位,这个双方事先要用软件设置好。PC机一般会用串口助手设置,单片机会在uart的驱动中设置。一小帧数据发送完了以后,A.TX给个高电平告诉B.RX我发完了一帧。如果还有数据,就再给个0然后重复上一步。如果双方约定由校验位,还要在发停止位1之前发送个校验位,不过现在一般都不需要校验位了,因为出错的概率太小了,而且一般用于调试,所以...呵呵呵!
一般在串口助手上还有个RTS/CTS流控选项,也叫握手,我从来没用过。搬一段我能理解的介绍:RTS(请求发送),CTS(清除发送)。如果要用这两个功能,那就至少要接5根线:RX+TX+GND+RTS+CTS。当A要发送数据时,置RTS有效(可能是置1),告诉B我要发送数据了。当B准备好接受数据后,置CTS有效,告诉A你可以发了。然后他们就实现了两次握手!挺耽误时间是不是?这个RTS还可以当电源使用,如果你不用它的握手功能,且电源电流在50mA以下时,就可以把它置为高电平可以当电源用喔~!
IIC(Inter Integrated Circuit):两根线,一个时钟线SCL和一个数据线SDA。只有一根数据线,所以是半双工通信。接线不难,而且两根线上也可以挂很多设备(每个设备的IIC地址不同),数据协议比较麻烦:
还是假设A给B发数据(这里A.SCL接B.SCL, A.SDA接B.SDA)。起初SDA和SCL上的电平都为高电平。然后A先把SDA拉低,等SDA变为低电平后再把SCL拉低(以上两个动作构成了iic的起始位),此时SDA就可以发送数据了,与此同时,SCL发送一定周期的脉冲(周期和PCLK有关,一般会在IIC的控制寄存器中设置)。SDA发送数据和SCL发送脉冲的要符合的关系是:SDA必须在SCL是高电平是保持有效,在SCL是低电平时发送下一位(SCL会在上升沿对SDA进行采样)。规定一次必须传8位数据,8位数据传输结束后A释放SDA,但SCL再发一个脉冲(这是第九个脉冲),这会触发B通过将SDA置为低电平表示确认(该低电平称为ACK)。最后SCL先变为高电平,SDA再变为高电平(以上两个动作称为结束标志)如果B没有将SDA置为0,则A停止发送下一帧数据。IIC总线(即SDA和SCL)上的每个设备都有唯一地址,数据包传输时先发送地址位,接着才是数据。一个地址字节由7个地址位(可以挂128个设备)和1个指示位组成(7位寻址模式)。指示位是0表示写,1表示读。还有10位寻址模式,使用两个字节来保存地址,第一个字节的最低两位和第二个字节的8位合起来构成10位地址。
SPI(Serial Peripheral Interface, SPI):4条线:MOSI(master output and slave input),MISO,SCLK(时钟),CS(片选)。片选信号低电平有效。SPI有四种模式
区别和联系:
UART一帧可以传5/6/7/8位,IIC必须是8位。IIC和SPI都从最高位开始传。
SPI用片选信号选择从机,IIC用地址选择从机。
来源:TopDstar
SPI是一种高速的,全双工同步的通信总线,在芯片管脚上占用了四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局节省了空间,提供了方便,因此越来越多的芯片集成了这种通信协议,STM32也就有了SPI接口。
有上图可知有四个通信口,两个位移寄存器是同步的,那MISO和MOSI就不难理解了。
SCLK时钟信号,由主设备产生。CS从设备片选信号,由主设备控制。
1、配置相关引脚的复用功能,使能SPI2时钟。
假设我们要使用SPI2,第一步SPI2时钟使能,第二步相关引脚的输出模式(MISO,MOSI,SCLK,(CS没有接外设的话,我们使用软件管理方式))。
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB 时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI2 时钟使能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化 GPIOB
2、初始化SPI2,设置SPI2工作模式
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //双线双向全双工,还有半双工以及串行发和串行收方式
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主 SPI 还有副 SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // SPI 发送接收8或者16位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平或者低电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第一个或者第二个跳变沿数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS 信号由软件控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频 256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从 MSB 位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC 值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器
3、使能SPI2
初始化完成之后我们就要使能SPI2通信了。
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);//使能SPI外设
4.SPI传输数据
传输数据时,就需要有发送数据和接收数据的函数
发送数据函数为:void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
接收数据函数为:uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx) ;
5、查看SPI传输状态
判断数据是否传输完成
SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE);
转自:zengsf