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第30章 串行外设接口(SPI)
30.1 介绍
注意:芯片模块的具体实施细节详见芯片的配置信息。
串行外设接口(SPI)模块为MCU和外设之间提供了全双工同步串行通信。这些外设包括各种微控制器,模拟 - 数字转换器,移位寄存器,传感器,和存储器等等。
SPI主机模式可以在总线时钟2分频的波特率下运行,或是在从机模式下总线4分频的波特率下运行。SPI可使用软件查询方式或是中断方式来工作。
注意:至于SPI工作的最大波特率,请参考芯片配置细节和器件的数据手册。
为了匹配接收数据缓冲区,SPI包含了硬件匹配功能。
30.1.1 特性
SPI包含以下鲜明的特性:
(1)主机模式或是从机模式运行。
(2)全双工或单线双向模式。
(3)可编程的传输波特率。
(4)双缓冲发送和接收数据寄存器。
(5)串行时钟相位和极性选择。
(6)从机选择输出。
(7)具有CPU的中断功能模式错误标志。
(8)在等待模式下的SPI操作控制。
(9)可选MSB优先或LSB优先转换。
(10)接收数据缓冲区硬件匹配功能。
30.1.2 操作模式
SPI可在以下三种模式下工作:运行、等待和停止。
运行模式:这是基本的操作模式。
等待模式:在等待模式下SPI操作是一个可配置的低功耗模式,它被SPIx_C2寄存器的C2[SPISWAI]位控制。在等待模式下,如果C2[SPISWAI]位被清0,SPI会进入运行模式。如果C2[SPISWAI]位被置位,SPI就会进入节电模式,SPI时钟关闭。如果SPI被配置为主机模式,当前的任何传输都会停止,但会在CPU进入运行模式后恢复。如果SPI被配置为从机模式,字节接收和发送将继续,以便从机保持与主机的同步。
停止模式:为了节电,SPI在外围设备被停止但内部逻辑仍然继续的停止模式下是非激活的。如果SPI作为一个主机,当前的任何传输都会停止,但会在CPU进入运行模式后恢复。如果SPI被配置成为一个从机,数据的发送和接收继续,以便从机保持与主机的同步。
SPI在外围总线时钟停止且不保留内部逻辑的停止模式下是完全关闭的。当CPU工作在这些停止模式,所有的SPI寄存器被重置。
详细操作模式见“低电模式选项”信息。
30.1.3 结构图
这一节包含结构图,它描述了SPI系统连接、SPI模块的内部组织、和用于控制主模式波特率的SPI时钟分频器。
SPI系统结构图
图30-1显示为两个MCU的SPI模块连接成主从模式。主机开启所有的SPI数据传输。在传输期间,主机发送数据给从机,同时从从机获得数据。数据移位器可以高效的传输数据,数据存放在两个SPI系统的SPI移位寄存器。SPSCK信号是主机时钟的输出,是从机的输入。主机通过把从机选择引脚拉低为低电平实现对该从机的选择。在这个系统中,主机已配置它的引脚作为从机选择输出。
图30-1 SPI系统连接
SPI模块结构图
图30-2是SPI模块的结构图。SPI的核心要素是SPI移位寄存器。数据被写入到双缓冲的发送器(写入SPIx_D)和被转移到SPI移位寄存器,然后数据传送开始。在接收8位的数据时,该数据被转移到双缓冲的接收器,在那里数据可以从SPIx_D读取。引脚复用逻辑控制着MCU引脚和SPI模块的连接的对应关系。
当SPI配置为主机时,时钟输出发送到SPSCK引脚,移位器输出被连接到MOSI,移位寄存器的输入则来自MISO引脚。
当SPI配置为从机,SPSCK引脚被连接到时钟SPI输入端,转换器输出发送到MISO,输入来自MOSI引脚。
在外部SPI系统中,所有SPSCK引脚简单地彼此连接。所有MISO引脚连在一起,所有MOSI引脚连在一起。外围设备上的这些引脚的名字通常略有不同。
图30-2 没有FIFO的SPI模块结构图
30.2 外部信号描述
SPI合理的分配了四个端口引脚。这些引脚的功能依赖于SPI控制位的设置。当SPI(SPE=0)关闭,这四个引脚转换成其他的功能,它们就不再受SPI控制。
30.2.1 SPSCK - SPI串行时钟
当SPI模块设置成为从机,这个引脚是串行时钟的输入。当这个SPI作为一个主机时,这个引脚是串行时钟输出。
30.2.2 MOSI – 主机数据输出,从机数据输入
当SPI设置为主机,SPI引脚控制零(SPC0)是0(非单线双向模式),这个引脚是串行数据输出。当SPI设置成为从机模式,并且SPC0是0,这个引脚是串行数据输入。如果SPC0是1就会选择单线双向模式,并且同时选择了主机模式,这个引脚变成双向数据I/O引脚(MOMI)。双向模式输出使能位决定这个引脚是作为一个输出(BIDIROE是0)还是作为一个输入(BIDIROE是1)。如果,SPC0是1并且被设置为从机模式,这个引脚就不会被SPI用来转换成为其他功能(依赖芯片配置)。
30.2.3
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