串行外设接口（SPI）协议课件.ppt

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1、4.9通用串行通信接口(USCI)—SPI模式主要内容SPI总线协议总线结构工作模式数据传输时序MSP430SPI模块模块的特性主从机模式SPI模块寄存器应用示例SPI总线介绍SPI接口是Motorola首先提出的全双工三/四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。利用3~4条线完成两个芯片之间的双工高速通信。两条数据线用于收发数据，一条时钟线用于同步，一条作为从机选择。时钟由主设备控制，当主机发送一字节数据（通过主出从入MOSI引脚）的同时，从机返回一字节数据（通过主入从出MISO引脚）。总线上

2、允许连接多个设备，在同一时刻只允许一个主机操作总线，并且同时只能与一个从机通信。主机控制数据的传输过程。目前应用中的数据速率可达Mbps级。SPI总线可在软件的控制下构成各种简单的或复杂的系统：1个主MCU和几个从MCU几个从MCU相互连接构成多主机系统(分布式系统)1个主MCU和1个或几个从I/O设备<常用>SPI总线结构SPI典型结构如下：SPI工作模式主机模式：当器件作为主机时，使用一个IO引脚拉低相应从机的选择引脚(STE)，传输的起始由主机发送数据来启动，时钟(SCK)信号由主机产生。通过MOSI发送数据，同时通过MISO引

3、脚接收从机发出的数据。从机模式：当器件作为从机时，传输在从机选择引脚(STE)被主机拉低后开始，接收主机输出的时钟信号，在读取主机数据的同时通过MISO引脚输出数据。SPI电气连接以４线SPI为例，其通信时需要的4个引脚分别为：引脚名称类型描述SCK输入/输出串行时钟，用于同步SPI接口间数据传输的时钟信号。该时钟信号总是由主机驱动，并且从机接收STE输入从机选择，SPI从机选择信号是一个低有效信号，用于指示被选择参与数据传输的从机。每个从机都有各自特定的从机选择输入信号。MISO输入/输出主入从出，MISO信号是一个单向的信号，它将

4、数据由从机传输到主机。MOSI输入/输出主出从入，MOSI信号是一个单向的信号，它将数据从主机传输到从机。SPI主机SPI从机1SPI从机2SSELSPIBUSP0.1P0.2nCSnCS作SPI主机时，STE要接上拉电阻STE引脚作用STE：从机模式发送接收允许控制引脚，控制多主从系统中的多个从机。该引脚不用于3线SPI操作，可以在4线SPI操作中使多主机共享总线，避免发生冲突。4线SPI操作主模式中，STE的含义如下：SIMO和SCLK被强制进入输入状态SIMO和SCLK正常操作4线SPI操作从模式中，STE的含义如下：允许从机发

5、送接收数据，SIMO正常操作禁止从机发送接收数据，SIMO被强制进入输入状态SPI数据传输数据传输格式：通常是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。一些增强型MCU中可以通过软件设置高位在前或低位在前。下面以８位数据的传输为例，看一下４种不同数据传输格式的时序。首先介绍两个概念：1.时钟极性：表示时钟信号在空闲时是高电平还是低电平。2.时钟相位：决定数据是在SCK的上升沿采样还是在SCK的结束沿采样。SPI传输时序时钟相位为1时钟前沿数据输出时钟后沿数据采样时钟信号极性0极性1从机选择时钟相位控制为0时钟前沿数据采样时钟后沿数据输出

6、时钟前沿输出时钟后沿采样时钟前沿采样时钟后沿输出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。传输模式时钟相位(CPHA)定义数据的采样时间。CPHA=0：

7、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(上升沿或下降沿)进行数据采样。SPI接口内部结构SCK_inSCK_outSS_inSPI移位寄存器SPI状态寄存器SPI时钟发生器&检测器输出使能逻辑SPI寄存器接口SPI中断VPB总线SPI总线SCK_out_enMOSI_out_enMISO_out_en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。特点缺点：（1）缺乏流控制机制，无论主器件还是从器件均不对消息进行确认，主器

8、件无法知道从器件是否繁忙。因此，需要软件弥补，增加了软件开发工作量。（2）没有多主器件协议，必须采用很复杂的软件和外部逻辑来实现多主器件架构。通用串行通信接口(USCI)模块通用串行通信接口(USCI)模块支持多种串行通