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时间:2019-10-18
《基于FPGA的SPI接口设计-徐慧军》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、基于ISE的SPI接口的仿真设计一、SPI介绍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I韦I设备以吊行方式进行通信以交换信息。外帀设置FLASHRAM.网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与齐个厂家生产的多种标准外I韦I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MOST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
2、以主从方式丁作,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)MOSI-主设备数据输出,从设备数据输入(2)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-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
3、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的设备屮,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
4、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
5、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。二、SPI工作模式SPT由工作方式的不同,可分为两种模式:主模式和从模式(1)主模式将Master的数据传送给Slave,8位数据传送,传送完毕,巾请中断,如图所示:MOSI►MOSISCLK►SCLKSPI工作主模式(2)从模式此时,从控制黠从SIMO引脚接收串行数据并把数据移入门身移位寄存黠的最低位或最高位。耍注意的是,•其是在主控制器输岀时钟SCLK的控制下,在SCLK的上升沿或者下降沿读出一个数据输出给主设备。其传播模型如下图所示:MISO6、模式须注意的是,主设备可以再在任意时刻起动数据发送,因为它控制着SCLK信号,而在从模式下,从控制器耍发送数据,必须耍用先设置片选信号以确保使能端CS输入允许。三、SPI传输模式SP3SPI"SPI的工作模式分为主模式和从模式,二者都需要在SCK的作用下才能工作;但主模式不需要CS信号,而从模式必须在CS信号有效的情况卜才能完成。不论是在主模式下还是在从模式下,都要在时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)的配合下才能有效地完成一次数据传输。其屮,时钟极性表示时钟信号在空闲时的电平;时钟和位决定数据是在SCK的上升沿采样还是下降沿采样。根据时钟极性和时钟相7、位的不同组合,可以得到SPI总线的4种工作模式,如图所示:输入数埠耒样时刻2SCK#1SCK<1SCK-1SPI3aSPI四种传输模式(1)SPIO模式下的CPOL为0,SCK的空闲电平为低;CPHA为0,数据在串行同步时钟的第一个跳变沿(由于CPOL为低,因此第1个跳变沿只能为上升沿)时数据被采样。(2)SPI1模式下的CPOL也为0,SCK的空闲电平为低;但是CPHA为1,数据在串行同步时钟的第二个跳变沿(由于CPOL为低,因此第2个跳变沿只能为下降沿)时数据被采样。(3)SPI2模式下的CPOL为1,SCK的空闲电平为高;CPHA为0,数据在串行同步时8、钟的第1个跳变沿(由TCPOL为高,因此第1个跳变沿
6、模式须注意的是,主设备可以再在任意时刻起动数据发送,因为它控制着SCLK信号,而在从模式下,从控制器耍发送数据,必须耍用先设置片选信号以确保使能端CS输入允许。三、SPI传输模式SP3SPI"SPI的工作模式分为主模式和从模式,二者都需要在SCK的作用下才能工作;但主模式不需要CS信号,而从模式必须在CS信号有效的情况卜才能完成。不论是在主模式下还是在从模式下,都要在时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)的配合下才能有效地完成一次数据传输。其屮,时钟极性表示时钟信号在空闲时的电平;时钟和位决定数据是在SCK的上升沿采样还是下降沿采样。根据时钟极性和时钟相
7、位的不同组合,可以得到SPI总线的4种工作模式,如图所示:输入数埠耒样时刻2SCK#1SCK<1SCK-1SPI3aSPI四种传输模式(1)SPIO模式下的CPOL为0,SCK的空闲电平为低;CPHA为0,数据在串行同步时钟的第一个跳变沿(由于CPOL为低,因此第1个跳变沿只能为上升沿)时数据被采样。(2)SPI1模式下的CPOL也为0,SCK的空闲电平为低;但是CPHA为1,数据在串行同步时钟的第二个跳变沿(由于CPOL为低,因此第2个跳变沿只能为下降沿)时数据被采样。(3)SPI2模式下的CPOL为1,SCK的空闲电平为高;CPHA为0,数据在串行同步时
8、钟的第1个跳变沿(由TCPOL为高,因此第1个跳变沿
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