BASIS VAN DIE SPI -KOMMUNIKASIE -PROTOKOL: 13 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

As u 'n mikrobeheerder aan 'n sensor, skerm of ander module koppel, dink u ooit aan hoe die twee toestelle met mekaar praat? Wat presies sê hulle? Hoe kan hulle mekaar verstaan?

Kommunikasie tussen elektroniese toestelle is soos kommunikasie tussen mense. Beide kante moet dieselfde taal praat. In elektronika word hierdie tale kommunikasieprotokolle genoem. Gelukkig is daar slegs 'n paar kommunikasieprotokolle wat ons moet weet wanneer ons die meeste self -elektroniese projekte bou. In hierdie reeks artikels bespreek ons die basiese beginsels van die drie mees algemene protokolle: Serial Peripheral Interface (SPI), Inter-Integrated Circuit (I2C) en Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) gedrewe kommunikasie. Eerstens begin ons met 'n paar basiese konsepte oor elektroniese kommunikasie, en verduidelik dan in detail hoe SPI werk. In die volgende artikel bespreek ons UART -gedrewe kommunikasie, en in die derde artikel duik ons op I2C. SPI, I2C en UART is heelwat stadiger as protokolle soos USB, ethernet, Bluetooth en WiFi, maar dit is baie eenvoudiger en gebruik minder hardeware en stelselhulpbronne. SPI, I2C en UART is ideaal vir kommunikasie tussen mikrobeheerders en tussen mikrobeheerders en sensors waar groot hoeveelhede hoëspoeddata nie oorgedra hoef te word nie.

Stap 1: SERIE VS. PARALLELE KOMMUNIKASIE

Elektroniese toestelle praat met mekaar deur stukkies data te stuur deur drade wat fisies tussen toestelle verbind is. 'N Bietjie is soos 'n letter in 'n woord, behalwe in plaas van die 26 letters (in die Engelse alfabet), is 'n bietjie binêre en kan dit slegs 1 of 0. Bits word van een toestel na 'n ander oorgedra deur vinnige spanningsveranderings. In 'n stelsel wat op 5 V werk, word 'n 0 bit gekommunikeer as 'n kort puls van 0 V, en 'n 1 bit word gekommunikeer deur 'n kort puls van 5 V.

Die stukkies data kan óf in parallel óf in reeks oorgedra word. In parallelle kommunikasie word die stukkies data op dieselfde tyd gestuur, elk deur 'n aparte draad. Die volgende diagram toon die parallelle oordrag van die letter "C" in binêre (01000011):

Stap 2:

In seriële kommunikasie word die stukkies een vir een deur 'n enkele draad gestuur. Die volgende diagram toon die seriële oordrag van die letter "C" in binêre (01000011):

Stap 3:

Stap 4: INLEIDING TOT SPI -KOMMUNIKASIE

SPI is 'n algemene kommunikasieprotokol wat deur baie verskillende toestelle gebruik word. Byvoorbeeld, SD -kaartmodules, RFID -kaartlesermodules en 2,4 GHz draadlose sender/ontvangers gebruik almal SPI om met mikrobeheerders te kommunikeer.

Een unieke voordeel van SPI is die feit dat data sonder onderbreking oorgedra kan word. 'N Aantal stukkies kan in 'n deurlopende stroom gestuur of ontvang word. Met I2C en UART word data in pakkies gestuur, beperk tot 'n spesifieke aantal bisse. Begin- en stopvoorwaardes definieer die begin en einde van elke pakkie, sodat die data onderbreek word tydens oordrag. Toestelle wat via SPI kommunikeer, is in 'n meester-slaaf-verhouding. Die meester is die beheerapparaat (gewoonlik 'n mikrobeheerder), terwyl die slaaf (gewoonlik 'n sensor, skerm of geheue -skyfie) instruksies van die meester neem. Die eenvoudigste konfigurasie van SPI is 'n enkele meester, enkele slawe stelsel, maar een meester kan meer as een slaaf beheer (meer hieroor hieronder).

Stap 5:

Stap 6:

MOSI (Master Output/Slave Input) - Lyn vir die meester om data na die slaaf te stuur.

MISO (Master Input/Slave Output) - Lyn vir die slaaf om data aan die master te stuur.

SCLK (klok) - lyn vir die kloksein.

SS/CS (Slave Select/Chip Select) - Reël vir die meester om te kies na watter slaaf data gestuur moet word

Stap 7:

*In die praktyk word die aantal slawe beperk deur die laskapasiteit van die stelsel, wat die vermoë van die meester verminder om akkuraat tussen spanningsvlakke te skakel.

Stap 8: HOE SPI WERK

DIE HORLOSIE

Die kloksignaal sinchroniseer die uitset van databits van die meester na die bemonstering van stukkies deur die slaaf. Een stukkie data word in elke kloksiklus oorgedra, sodat die spoed van data -oordrag bepaal word deur die frekwensie van die kloksignaal. SPI -kommunikasie word altyd deur die meester begin, aangesien die meester die kloksein instel en genereer.

Enige kommunikasieprotokol waar toestelle 'n kloksein deel, staan bekend as sinchroon. SPI is 'n sinchrone kommunikasieprotokol. Daar is ook asinchrone metodes wat nie 'n kloksein gebruik nie. Byvoorbeeld, in UART-kommunikasie is beide kante ingestel op 'n vooraf gekonfigureerde baud-tempo wat die spoed en tydsberekening van data-oordrag bepaal.

Die kloksein in SPI kan gewysig word met behulp van die eienskappe van klokpolariteit en klokfase. Hierdie twee eienskappe werk saam om te bepaal wanneer die bisse uitgevoer word en wanneer hulle bemonster word. Klokpolariteit kan deur die meester gestel word om stukkies uit te voer en te bemonster op die stygende of dalende rand van die kloksiklus. U kan die klokfase instel sodat die uitset en monsterneming op die eerste of die tweede rand van die kloksiklus plaasvind, ongeag of dit styg of daal.

SLAF SELECT

Die meester kan kies met watter slaaf hy wil praat deur die slaaf se CS/SS -lyn op 'n laagspanningsvlak te stel. In die ledige, nie-oordraagbare toestand word die slawe-kieslyn op 'n hoogspanningsvlak gehou. Verskeie CS/SS -penne is moontlik op die master beskikbaar, waardeur verskeie slawe parallel bedraad kan word. As slegs een CS/SS-pen teenwoordig is, kan verskeie slawe deur die daisy-chaining aan die meester gekoppel word.

MEERVOUDIGE SLAVES SPI

kan ingestel word om te werk met 'n enkele meester en 'n enkele slaaf, en dit kan opgestel word met verskeie slawe wat deur 'n enkele meester beheer word. Daar is twee maniere om verskeie slawe aan die meester te koppel. As die meester verskeie slawe -kiespenne het, kan die slawe parallel bedraad word soos volg:

Stap 9:

Stap 10:

MOSI EN MISO

Die meester stuur stukkie vir stukkie data na die slaaf, in reekse deur die MOSI -reël. Die slaaf ontvang die data wat van die meester gestuur is by die MOSI -pen. Data wat van die meester na die slaaf gestuur word, word gewoonlik eers met die belangrikste bit gestuur. Die slaaf kan ook data terugstuur na die meester via die MISO -reël in reekse. Die data wat van die slaaf na die meester teruggestuur word, word gewoonlik eers met die minste betekenisvolle bietjie gestuur. STAPPE VAN SPI -GEGEVENS OORSENDING 1. Die meester gee die kloksein uit:

Stap 11:

As daar slegs een slaaf-kiespen beskikbaar is, kan die slawe soos volg geketting word:

Stap 12:

MOSI EN MISO

Die meester stuur stukkie vir stukkie data na die slaaf, in reekse deur die MOSI -reël. Die slaaf ontvang die data wat van die meester gestuur is by die MOSI -pen. Data wat van die meester na die slaaf gestuur word, word gewoonlik eers met die belangrikste bit gestuur.

Die slaaf kan ook data terugstuur na die meester via die MISO -reël in reekse. Die data wat van die slaaf na die meester teruggestuur word, word gewoonlik eers met die minste betekenisvolle bietjie gestuur.

STAPPE VAN SPI -GEGEVENS OORDRAG

*Let daarop dat die beelde 'n gelyke hobo is wat u maklik kan onderskei

1. Die meester gee die kloksein uit:

2. Die meester skakel die SS/CS -pen oor in 'n laagspanningstoestand, wat die slaaf aktiveer:

3. Die meester stuur die data een vir een na die slaaf langs die MOSI -lyn. Die slaaf lees die stukkies soos dit ontvang word:

4. As 'n antwoord nodig is, stuur die slaaf data een vir een aan die meester langs die MISO -lyn. Die meester lees die stukkies soos dit ontvang word:

Stap 13: VOORDELE EN NADELE VAN SPI

Daar is 'n paar voordele en nadele aan die gebruik van SPI, en as u die keuse tussen verskillende kommunikasieprotokolle kry, moet u weet wanneer u SPI moet gebruik volgens die vereistes van u projek:

VOORDELE

Geen begin- en stopbits nie, sodat die data sonder onderbreking deurlopend gestroom kan word Geen ingewikkelde slawe -aanspreekstelsel soos I2C Hoër data -oordragstempo as I2C (byna twee keer so vinnig) Aparte MISO- en MOSI -lyne, sodat data op dieselfde tyd gestuur en ontvang kan word tyd

NADELE

Gebruik vier drade (I2C en UARTs gebruik twee) Geen erkenning dat die data suksesvol ontvang is nie (I2C het dit) Geen vorm van foutkontrole soos die pariteitsbit in UART maak slegs 'n enkele meester moontlik. Hopelik het hierdie artikel u beter verstaan van SPI. Gaan voort na deel twee van hierdie reeks om meer te wete te kom oor UART -gedrewe kommunikasie, of na deel drie waar ons die I2C -protokol bespreek.

As u enige vrae het, stel dit gerus in die kommentaarafdeling, ons is hier om te help. En volg dit gerus

Groete: M. Junaid