SPI总线数据远距离传输实现
SPI通信总线接口定义及数据传输流程
SPI通信总线接口定义及数据传输流程SPI是一种高速的、全双工的、同步的通信总线，并且至多仅需使用4根线，节约了芯片的管脚，SPI通信协议主要应用于EEPROM、FLASH、ADC、DAC等芯片，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
SPI接口无线模块设备之间采用全双工模式通信，是一个主机和一个或者多个从机的主从模式。
主机负责初始化帧，这个数据传输帧可以用于读与写两种操作，片选线可以从多个从机选择一个来响应主机的请求。
SPI接口定义如下表：由上表也可以看出当SPI设备间数据传输通信时，数据线应该是MOSI连接MOSI，MISO连接MISO，SCLK与SCLK相连，而不是像串口那样TX、RX进行反接。
当只有单一SPI无线模块从机设备时，如果从机设备允许的话，可直接将CS/SS线固定在低电平。
然而类似于MAX1242这款需要CS/SS线的下降沿来触发的射频芯片，则必须将CC/SS线与主机相连。
如下图，为一主一从连接方式。
对于多个从机设备时，则每个从机都需要一根CS/SS线来于主机相连，从而达到主机能与任一从机通信的目的。
如下图，为一主多从的连接方式。
大多数从机设备都有着三态逻辑的特性，因此当设备未被选中时，它们的MISO 信号线会变成高阻抗状态（电气断开）。
没有三态输出的设备则需外接三态缓冲器才能与其他的从机设备共享SPI总线。
数据传输在SPI通信中，SPI主机设备以从机设备支持的频率通过SCLK线给到SPI从机设备，这点也意味着从机是无法主动向主机发送数据的，只能主机轮询向从机发或者从机设备主动通过一个IO口来告知主机数据到达。
在SPI每个时钟周期内，都会进行一次全双工数据的传输。
主机通过MOSI线上发送1bit时，从机也会在读取到之后通过MISO线发送1bit数据出去。
这说明，即使只进行单工通信，也会保持此通信顺序。
SPI传输通常涉及到两个给定了字长的移位寄存器。
例如在主机、从机中的8bit 的移位寄存器。
SPI总线组成及其工作原理
SPI总线组成及其工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信总线，常用于连接微控制器与外部设备，如传感器、存储器、外设等。
SPI总线由四条信号线组成，包括SCLK（串行时钟线），MOSI（主设备输出从设备输入线），MISO（主设备输入从设备输出线）和SS（片选信号线）。
以下将详细介绍SPI总线的工作原理和其组成部分。
SPI总线采用主从架构，由一个主设备（如微控制器）和一个或多个从设备（如传感器、存储器等）组成。
主设备通过SCLK产生时钟信号来驱动整个通信过程。
主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线传输数据给主设备。
每个从设备都有一个片选信号线（SS），用于使能该从设备。
当主设备需要与一些从设备通信时，将对应的片选信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
1.SCLK（串行时钟线）：SCLK是SPI通信中的时钟信号，由主设备通过该线产生并驱动。
SCLK信号的频率可以由主设备控制，通常可以在MHz级别。
SCLK的上升沿和下降沿都用于同步数据传输。
数据在SCLK的上升沿或下降沿的边沿进行读写操作。
2.MOSI（主设备输出从设备输入线）：MOSI是主设备输出从设备输入的数据线。
主设备通过MOSI将数据传输给从设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被写入。
3.MISO（主设备输入从设备输出线）：MISO是主设备输入从设备输出的数据线。
从设备通过MISO将数据传输给主设备。
数据在每个SCLK周期的上升沿或下降沿被读取。
4.SS（片选信号线）：每个从设备都有一个对应的SS信号线。
当主设备需要与一些从设备通信时，将该从设备的SS信号线拉低，使该从设备处于选中状态。
当通信结束后，SS信号线会被拉高，表示该从设备不再被选中。
1.主设备通过控制SS信号线，选中一些从设备开始通信。
2.主设备通过SCLK产生时钟信号，并通过MOSI线发送数据给从设备。
3.从设备在SCLK的上升沿或下降沿将数据写入MISO线，传输给主设备。
SPI总线数据远距离传输实现
SPI总线数据远距离传输实现
梁德坚;刘玉琼
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】SPI总线是一种应用广泛的短距离串行同步通信协议,针对SPI总线数据不能进行远距离传输的问题,本文介绍了采用RS422/RS485通信协议,利用MAX3045和MAX3093芯片构成RS422/RS485收发电路,将SPI总线数据由单端不平衡传输方式转换为双端平衡传输方式,利用5类双绞线作为传输介质,使得SPI总线数据可靠传输距离延长至1200 m,扩展了SPI总线的应用范围.
【总页数】4页(P72-75)
【作者】梁德坚;刘玉琼
【作者单位】柳州运输职业技术学院,柳州,545007;柳州运输职业技术学院,柳州,545007
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.71
【相关文献】
1.PLC配合光传输技术实现远距离传输控制在水电厂的应用 [J], 汤红梅;孙喆
2.实现高质量、远距离传输非压缩数字传输方案解析 [J], 李卫国
3.采用SPI总线实现光传输设备控制总线的传输 [J], 嵇凌;郑鹏;龚华达
4.基于SPI高速分时复用/解复用的方法实现数据传输及其FPGA实现 [J], 李淼;吴必旗;李娟娟;王兴波
5.基于SPI高速分时复用/解复用的方法实现数据传输及其FPGA实现 [J], 李淼;吴必旗;李娟娟;王兴波
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spi原理
spi原理SPI原理。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行数据总线，它是一种用于连接微控制器和外围设备的通信协议。
SPI总线由四根线构成，分别是时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）和片选线（SS）。
SPI总线可以实现全双工通信，同时可以连接多个从设备，因此在嵌入式系统中得到广泛应用。
SPI总线的工作原理如下，首先，主设备通过片选线选中需要通信的从设备，然后通过SCLK线提供时钟信号，将数据按位发送到从设备的MOSI线，同时从设备将数据按位发送到主设备的MISO线。
在数据传输过程中，主设备和从设备的时钟必须同步，这样才能正确地进行数据传输。
在数据传输结束后，主设备通过片选线取消对从设备的选择，从而完成一次通信过程。
SPI总线的工作原理非常简单，但是它具有以下几个特点：1.高速传输，SPI总线可以实现高速的数据传输，因为它是同步传输，时钟信号的频率可以达到几十兆赫，甚至更高。
这使得SPI总线非常适合需要高速数据传输的应用场景，比如存储器接口、显示设备接口等。
2.全双工通信，SPI总线可以实现全双工通信，主设备和从设备可以同时进行数据的发送和接收，这样可以大大提高通信效率。
而且，SPI总线可以连接多个从设备，主设备可以通过片选线选择需要通信的从设备，从而实现多个从设备之间的通信。
3.简单灵活，SPI总线的硬件连接非常简单，只需要四根线就可以实现通信，而且SPI总线的通信协议也非常简单。
这使得SPI总线非常适合在资源有限的嵌入式系统中使用。
在实际的应用中，为了提高SPI总线的稳定性和可靠性，通常会在硬件上添加一些额外的电路，比如加上电平转换器、添加阻抗匹配电路等。
而在软件上，通常会使用专门的SPI驱动程序来控制SPI总线的通信，以便更加方便地使用SPI总线进行数据传输。
总的来说，SPI总线是一种非常简单、灵活、高效的通信协议，它在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
在ZedBoard下SPI接口和ARM处理器端实现以太网远端传输的设计
在ZedBoard下SPI接口和ARM处理器端实现以太
网远端传输的设计
摘要：该文介绍了ZedBoard平台下可编程逻辑端SPI接口和ARM处理器端以太网远端传输的设计。
结合实例阐述了可编程逻辑端SPI接口设计和Linux下IP驱动生成，以及采用UDP/IP协议实现以太网传输的技术。
实验结果证明了该系统能够精确地完成实时数据传输。
随着嵌入式技术和市场需求的不断发展，嵌入式设备之间进行信息交互以及数据远端传输成为嵌入式系统的一个重要的环节。
在嵌入式应用中以太网是解决远端传输高效可行的技术，如进行远端监控、控制和远端异常检测，可节省大量的人力和财力［１］。
如今，硬件设备间的通信通常采用WISHBONE 总线协议、I2C总线协议、UART协议等。
SPI是串行外围接口协议，相比其他协议具有传输速度快、应用简单和占用引脚资源少等优点［２］。
本文利用全可编程片上系统特性实现了一种基于ZedBoard的SPI 接口及以太网远端传输的设计方案，完成Linux下硬件设备间应用SPI协议通信和数据的远端传输功能，采用ＰＬ端制定接口控制模块SPI IP核并且编写Linux下IP核驱动的方法实现接口控制，Linux系统下UDP/IP协议进行以太网远端传输。
同时充分利用了ZedBoard平台主芯片Zynq-7000双核Cortex A9 ARM核和可编程逻辑于一体的特性，为软硬件设计提供了很强的灵活性。
单片机中SPI接口的工作原理与应用案例
单片机中SPI接口的工作原理与应用案例一、工作原理SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步的串行通信接口协议，常用于单片机和外围设备之间进行数据传输。
它由一个主设备和一个或多个从设备组成，可以同时控制多个从设备。
SPI接口通过四个信号线进行通信：时钟线（SCLK）、主设备输出从设备输入线（MOSI）、主设备输入从设备输出线（MISO）、片选线（SS）。
工作时，主设备驱动时钟线发送时钟信号，从而控制数据传输的时序。
主设备通过MOSI线发送数据到从设备，从设备通过MISO线返回数据给主设备。
片选线用于选择哪个从设备与主设备进行通信，可以通过使能或禁用相应的从设备。
SPI通信的数据传输方式有两种：全双工和半双工。
全双工允许主设备和从设备同时发送和接收数据，而半双工只允许主设备和从设备交替进行数据传输。
SPI 接口的工作速率可以根据应用需求进行调整。
在SPI接口中，主设备控制时钟的频率，从设备根据时钟频率进行数据读取和传输。
二、应用案例1. 存储器扩展模块一个常见的应用案例是在单片机系统中使用SPI接口来扩展存储器容量。
通过连接一块外部存储器，可以实现对大容量数据的读写操作。
主设备通过SPI接口发送读写指令和地址信息，从设备接收指定地址的数据，并将数据返回给主设备。
通过这种方式，可以轻松扩展单片机的存储容量。
2. 传感器数据采集模块SPI接口广泛应用于传感器数据采集模块。
传感器作为从设备连接到单片机系统，通过SPI接口将采集到的数据传输给主设备。
主设备可以根据需要发送控制命令到从设备，从而实现对传感器的配置和采集频率等参数的调整。
例如，温度传感器可以通过SPI接口将采集到的温度数据传输给单片机系统，从而实现实时温度监测。
其他类型的传感器，如加速度传感器、压力传感器等，也可以通过SPI接口与单片机进行数据交换，实现对环境参数的监测和控制。
3. 外部显示模块SPI接口还常被用于连接外部显示模块，如液晶显示屏（LCD）。
spi总线工作原理
spi总线工作原理
SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种同步串行通信协议，它主要用于在微控制器或其他数字集成电路之间传输数据。
SPI总线由一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）组成。
主设备通过与从设备之间发送和接收数据的方式来与其进行通信。
SPI总线的工作原理如下：
1. 首先，主设备选择要与之通信的从设备。
这是通过在片选引脚上拉低电平来实现的。
其他从设备的片选引脚应保持高电平。
2. 接着，主设备通过时钟引脚（SCK）生成时钟信号，此时数据传输开始。
3. 主设备通过主输出(MOSI)引脚发送数据，从设备通过主输
入(MISO)引脚接收数据。
在每个时钟周期中，主设备和从设
备在SCK上的上升沿或下降沿进行数据交换。
4. 数据传输时，主设备先发送一个起始位（通常是高电平）并将其传输到从设备。
5. 接下来，主设备和从设备同时发送并接收数据，每一个时钟周期传输一个位。
数据传输的顺序是从最高位（MSB）到最
低位（LSB）。
6. 当所有数据位都传输完毕后，主设备通过拉高片选引脚结束
与从设备的通信。
7. 在通信结束后，主设备可以选择与其他从设备进行通信，或者在下一个时钟周期中重新选择与之前的从设备进行通信。
SPI总线的工作原理简单而直观。
它具有高速、可简化电路设计等优点，因此在很多嵌入式系统中得到了广泛应用。
实验十一单片机之间SPI总线通信实验
实现了两台单片机之间的SPI总线通信，成功传输 了数据。 掌握了SPI总线的通信协议和基本原理。
回顾本次实验成果和不足之处
• 熟悉了单片机的编程和调试过程。
回顾本次实验成果和不足之处
不足
在实验过程中，出现了数据传输错误的情况，需要进 一步排查问题。
对SPI总线的通信速率和稳定性还需要进一步优化。
稳定性测试
通过示波器等工具测试硬件平台 的信号稳定性和噪声水平，确保 硬件平台正常工作。
编写并调试软件代码实现通信功能
软件代码编写
根据SPI总线通信协议和单片机编程 语言规范，编写实现SPI通信功能的 软件代码。
代码调试
通过单步调试、断点设置等方法，对 编写的代码进行逐步调试，确保代码 逻辑正确且能够实现预期的通信功能 。
SPI通信协议
SPI通信协议定义了四种通信模式，包括主模式、从模式、 CPOL和CPHA的不同组合，以满足不同器件之间的通信需 求。
SPI接口电路
SPI接口电路包括主控制器、从控制器、时钟信号线、数 据输入线、数据输出线和片选信号线等部分，用于实现主 从器件之间的数据传输。
单片机之间通信需求
01
02
03
数据传输需求
单片机之间需要进行数据 传输，以实现信息共享、 协同工作等功能。
实时性要求
单片机之间的通信需要满 足一定的实时性要求，以 确保数据传输的准确性和 及时性。
可靠性要求
单片机之间的通信需要具 备一定的可靠性，以避免 数据传输错误或丢失等问 题。
实验目标与意义
实验目标
通过搭建单片机之间的SPI总线通信实验平台，实现两个单片机之间的数据传 输，验证SPI总线通信的可行性和稳定性。
HT56R2x 使用 SPI 进行数据传输的用法
HT56R2x使用SPI进行数据传输的用法与注意事项与Software：HA0213S文件编码：文件编码简介HT56R2x内建有Serial Interface Function，其中包括了SPI和I2C这两种总线模式，以及SPI1单独数据传输模式，SPI1主要用于音频信号数据通信的传输，由于HT56R2x系列的SPI与SPI1的通信方式和控制方式类似，所以本文以HT56R24 为母体，主要介绍使用SPI（SIM）进行数据传输的方法和注意事项。
SPI InterfaceSPI(Serial Peripheral Interface) 是一个全双工串行数据传输器，最初由摩托罗拉设计，其允许多种设备通过SPI 总线进行相互通信。
设备之间通过主/从技术，只有主机能够发起数据的传递。
I/O口共用引脚。
SPI 方框图SPI 接口是一个全双工的串行数据连接，串行接口功能有4根基本信号线，包含SDO (串行数据输出)、SDI (串行数据输入)、SCK (串行时钟) 和SCS (从组件选择)。
注意的是，从机选择线的条件是由SIMCTL2控制缓存器内的CSEN 位决定的。
如果CSEN 被置位，SCS 线有效，但如果CSEN 被清除为0，那么SCS 线将处于浮空状态。
下面的时序图描述了SPI 总线的主模式和从模式下的时序协议。
SPI 主模式模式时序时序时序图图SPI 从模式从模式时序时序时序图图– CKEG=0l.SPI 从模式模式时序图时序图 – CKEG=1工作工作说明说明如下图所示，SPI 的接口与I/O 功能和I2C 以及COM 通道、PWM 等共用脚位，要打开SPI 功能你必须首先将配置选项里的SIM Function 选择为Enable ，WCOL 选择为Enable ，CSEN 选择为Enable ，然后设置好SIMCTL0和SIMCTL2缓存器值，如果在IDLE Mode 中工作使能，则在CLKMOD bit 4 SIMIDLE 设置为1，则SPI 通信工作模式在IDLE Mode 使能，即为Enable 。
SPI接口在单片机系统中的数据传输研究
SPI接口在单片机系统中的数据传输研究SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行外设接口，它在单片机系统中扮演着重要的角色。
本文将深入研究SPI接口在单片机系统中的数据传输，并就其特点、应用场景以及相关技术进行探讨。
一、SPI接口的特点SPI接口是一种全双工的串行通信协议，主要用于单片机与外部外设之间的数据传输。
SPI接口具有以下几个特点：1. 传输速率高：SPI接口可以实现高速的数据传输，特别适用于对速度要求较高的应用场合。
2. 硬件资源占用少：SPI接口只需要4根线（时钟线、MOSI线、MISO线、片选线），占用的硬件资源相对较少。
3. 灵活性强：SPI接口支持主从模式，一个主设备可以同时与多个从设备进行通信，实现多设备数据传输。
4. 适应性广泛：SPI接口广泛应用于各种外设，如存储器、传感器、显示屏等。
二、SPI接口的应用场景SPI接口在单片机系统中有广泛的应用场景，下面列举了几个常见的应用场景：1. 存储器扩展：SPI接口可用于单片机与外部存储器（如Flash存储器）之间的数据传输。
通过SPI接口，单片机可以读取或写入外部存储器的内容，实现更大容量的数据存储。
2. 传感器数据采集：许多传感器采集到的数据需要传输到单片机进行处理。
SPI接口可用于连接单片机与传感器，实现传感器数据的高速传输和实时处理。
3. 显示屏控制：许多液晶显示屏需要与单片机进行通信。
SPI接口可用于单片机与显示屏之间的数据传输，实现图形、文字等内容的显示。
4. 通信模块控制：SPI接口可用于单片机与无线通信模块（如WiFi模块、蓝牙模块）之间的数据传输。
通过SPI接口，单片机可以实现与其他设备的无线通信功能。
三、SPI接口的数据传输方式SPI接口的数据传输方式主要包括以下几种：1. 基于时钟极性和相位的选择SPI接口传输数据时，通过选择不同的时钟极性和相位组合，可以实现不同的数据传输方式。
SPI通信方式
SPI总线通信电路设计由于SPI(setial peripheralinterface)总线占用的接口线少，通信效率高，并且支持大部分处理器芯片，因而是一种理想的选择。
SPI是利用4根信号线进行通信的串行接口协议，包括主／从两种模式。
4个接口信号为：串行数据输入(MISO，主设备输入、从设备输出)、串行数据输出(M OSI，主设备输出、从设备输入)、移位时钟(SCK)、低电平有效的从设备使能信号(cs)。
SPI最大的特点是由主设备时钟信号的出现与否来确定主／从设备间的通信。
一旦检测到主设备的时钟信号，数据开始传输。
由一个主机对接一个从机进行全双工通信的系统构成的方式。
在该系统中，由于主机和从机的角色是固定不变的，并且只有一个从机，因此，可以将主机的丽端接高电平，将从机的SS端固定接地。
图1 全双工主机／从机连接方法本系统采用的是由两个单片机互相连接构成多主机通信系统，SPI主设备负责产生系统时钟，并决定整个SPI网络的通信速率。
所有的SPI设各都采用相同的接口方式，可以通过调整处理器内部寄存器改变时钟的极性和相位。
由于SPI器件并不一定遵循同一标准，比如EEPROM、DAC、ADC、实时时钟及温度传感器等器件的SPI接口的时序都有所不同，为了能够满足不同的接口需要，采用时钟的极性和相位可配就能够调整SPi的通信时序。
SPI设各传输数据过程中总是先发送或接收高字节数据，每个时钟周期接收器或收发器左移1位数据。
对于小于16位的数据在发送之前必须左对齐，如果接收的数据小于16位则采用软件将无效的数据位屏蔽，当主机发送一个连续的数据流时，有些外设能够进行多字节传输。
多数具有SPI接口的存储芯片就以这种方式工作。
在这种传输方式下，从机的片选端必须在整个传输过程中保持低电平。
此时，一次传输可能会涉及到成千上万字节的信息，而不必在每个字节的数据发送的前后都去检测其起始位和结束位，这正是同步传输方式优于异步传输方式的原因所在。
传感器用到的总线技术
传感器用到的总线技术传感器是一种能够感知和检测环境中各种物理量的装置，广泛应用于工业自动化、物联网、智能家居等领域。
而传感器的工作离不开总线技术的支持，总线技术是传感器与其他设备进行通信和数据传输的重要手段。
本文将介绍几种常见的总线技术，并探讨它们在传感器中的应用。
一、I2C总线技术I2C（Inter-Integrated Circuit）总线技术是一种串行通信协议，可以同时连接多个设备，实现数据的传输和控制。
在传感器中，I2C 总线技术常用于连接多个传感器到一个主控制器，实现数据的采集和处理。
通过I2C总线，传感器可以与主控制器进行双向通信，将采集到的数据传输给主控制器，并接收主控制器下发的指令。
二、SPI总线技术SPI（Serial Peripheral Interface）总线技术是一种同步串行通信协议，常用于连接主控制器和外围设备之间的数据传输和控制。
在传感器中，SPI总线技术通常用于连接高速传感器，实现快速的数据传输和高精度的测量。
SPI总线技术的特点是通信速度快、传输距离短、连接设备数量较少。
三、CAN总线技术CAN（Controller Area Network）总线技术是一种高可靠性的串行通信协议，主要用于汽车和工业控制系统中。
在传感器中，CAN 总线技术常用于连接分布式传感器网络，实现传感器之间的数据交换和协同工作。
CAN总线技术的优点是支持多主机和多从机的通信，具有较高的抗干扰能力和可靠性。
四、RS485总线技术RS485总线技术是一种半双工的串行通信协议，常用于工业自动化领域。
在传感器中，RS485总线技术通常用于连接远距离传感器，实现传感器数据的远程传输和控制。
RS485总线技术的特点是传输距离远、抗干扰能力强、支持多节点连接。
五、Modbus总线技术Modbus总线技术是一种常用的工业通信协议，常用于工业自动化系统中。
在传感器中，Modbus总线技术通常用于连接传感器和监控系统，实现传感器数据的采集和远程监控。
SPI总线数据远距离传输实现
2009年1月第1期电子测试EL ECTRON IC TESTJ an.2009No.1SPI 总线数据远距离传输实现梁德坚,刘玉琼(柳州运输职业技术学院 柳州 545007)摘 要:SPI 总线是一种应用广泛的短距离串行同步通信协议,针对SPI 总线数据不能进行远距离传输的问题,本文介绍了采用RS422/RS485通信协议,利用MAX3045和MAX3093芯片构成RS422/RS485收发电路,将SPI 总线数据由单端不平衡传输方式转换为双端平衡传输方式,利用5类双绞线作为传输介质,使得SPI 总线数据可靠传输距离延长至1200m ,扩展了SPI 总线的应用范围。
关键词:SPI 总线;远距离数据传输;RS422/RS485通信协议中图分类号:TN919.71 文献标识码:BR emote transmission of SPI bus dataLiang Dejian ,Liu Yuqiong(Liuzhou Transport Vocational Technical College ,Liuzhou 545007,China )Abstract :The SPI bus is a kind of communication p rotocols t hat serial synchronous were found wide use in short distance.It is countered t he question t hat t he SPI bus data can πt be remote(data )t ransmission.In t his text ,we introduce to use communication protocol of RS422/RS485.U se MAX3045&MAX3093chip s to constit ute RS422/RS485transceiver circuit.The t ransmis 2sion mode of t he SPI bus data is changed f rom imbalance t ransmission mode to be balance t rans 2mission mode.U se Cat.5twisted 2pair to be t ransmission medium ;to make t hat t he reliable dis 2tance of t he SPI bus data can be extend t hrough to 1200meter.To expanded t he applied range of t he SPI bus.K eyw ords :t he SPI bus ;remote data t ransmission ;p rotocol of RS422/RS480 引 言SPI 总线是Motorola 公司提出的一种同步串行外设接口协议,它可以使MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。
spi总线协议
spi总线协议SPI（Serial Peripheral Interface）总线协议是一种用于在多个芯片之间进行通信的串行通信协议。
它是针对短距离通信，高速数据传输和简单控制信号交互而设计的。
SPI总线协议广泛应用于嵌入式系统中，特别是在连接存储器、传感器、外设以及其他硬件设备时。
SPI总线协议的设计旨在提供一种灵活而高效的通信解决方案。
它使用一组由主设备和从设备共享的信号线，并采用全双工的通信方式。
在SPI总线上，数据传输是以位为单位进行的，主设备通过时钟信号来同步从设备的响应。
SPI总线协议通常使用四根线来传输数据：时钟线（SCK），主设备输出信号（MOSI），主设备输入信号（MISO）以及片选信号（SS）。
SPI总线协议的工作方式如下：首先，主设备通过片选信号选择要与其通信的从设备，在从设备中，可以有多个设备共享同一根片选信号。
然后，主设备通过时钟线同步数据传输的速度，并在MOSI线上发送数据。
同时，从设备通过MISO线将响应数据发送回主设备。
通过这种方式，主设备和从设备之间实现了双向的、同步的数据传输。
SPI总线协议的特点之一是其高速性能。
由于SPI总线使用并行传输方式，数据可以在一个时钟周期中同时传输多个位，从而实现了高速的数据传输。
另外，SPI总线还具有较低的延迟和较低的功耗，使其成为一种适用于高性能嵌入式系统的通信解决方案。
在使用SPI总线协议进行通信时，需要对从设备进行配置。
从设备的配置通常包括设置传输模式、时钟频率和数据位顺序等参数。
SPI总线协议支持多种传输模式，如主设备模式和从设备模式等。
主设备模式下，主设备发出时钟信号并控制通信过程；从设备模式下，从设备接收时钟信号并进行响应。
时钟频率的选择取决于设备之间的距离和通信需求，较短的距离和较高的速率可以实现更高的传输速度。
数据位顺序指定了数据的传输顺序，可以是最高有效位（MSB）优先或最低有效位（LSB）优先。
尽管SPI总线协议有许多优点，但它也存在一些限制。
高压电池监视器整合isoSPI接口实现高速长距离数据传输
高压电池监视器整合isoSPI接口实现高速长距离数据传输凌力尔特(Linear)推出面向混合电动型和电动型汽车以及其他高压、堆叠式电池系统的高压电池监视器LTC6804，它能以16 位分辨率和优于0.04%的准确度来测量12 节高达4.2V 的串联连接电池。
利用一个亚表面齐纳电压基准(类似于高精度仪表中所使用的基准)，可在整个时间、温度和工作条件下保持高精度。
当串联堆叠时，LTC6804 允许在大型高压系统中测量每节电池的电压。
它有6 种工作模式可用，以优化更新率、分辨率和内置3 阶噪声滤波器的低通响应。
在最快速模式时，该器件可在290μs内测量所有电池。
Linear 信号调理产品部的产品市场经理Brian Black 介绍说，电池管理电子线路中的关键元件是电池监视器IC，它承担了准确测量每节电池的电压、电流和温度并把相关数据传送至一个控制电路的任务。
同时，一个控制器运用电池数据来计算电池组的电荷状态和健康状况，它可以命令电池监视器对某些电池进行充电或放电，以在电池组内部保持一种平衡的电荷状态。
为实现一个稳健的通信系统，最常见的实现方案是采用一个隔离式CAN 接口，需要微处理器、数字隔离器和CAN 收发器。
而LTC6804 通过整合isoSPI内置接口，免除了CAN 的成本和软件复杂性。
凭借isoSPI 与一个简单变压器的组合，LTC6804 只需采用一根双绞线即可实现速率高达1Mb ps 的长距离数据传送，这实现了模块之间的数据传输。
LTC6804 可提供两种互连选项，采用LTC6804-1 时，多个器件采用菊链式连接，一个主处理器贯通所有器件；而采用LTC6804-2 时，多个器件并联连接至主处理器，对每个器件进行个别寻址。
LTC6804 可最大限度降低功耗，在休眠模式，仅从电池吸取不到4μA电流。
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2009年1月第1期电子测试EL ECTRON IC TESTJ an.2009No.1SPI 总线数据远距离传输实现梁德坚,刘玉琼(柳州运输职业技术学院 柳州 545007)摘 要:SPI 总线是一种应用广泛的短距离串行同步通信协议,针对SPI 总线数据不能进行远距离传输的问题,本文介绍了采用RS422/RS485通信协议,利用MAX3045和MAX3093芯片构成RS422/RS485收发电路,将SPI 总线数据由单端不平衡传输方式转换为双端平衡传输方式,利用5类双绞线作为传输介质,使得SPI 总线数据可靠传输距离延长至1200m ,扩展了SPI 总线的应用范围。
关键词:SPI 总线;远距离数据传输;RS422/RS485通信协议中图分类号:TN919.71 文献标识码:BR emote transmission of SPI bus dataLiang Dejian ,Liu Yuqiong(Liuzhou Transport Vocational Technical College ,Liuzhou 545007,China )Abstract :The SPI bus is a kind of communication p rotocols t hat serial synchronous were found wide use in short distance.It is countered t he question t hat t he SPI bus data can πt be remote(data )t ransmission.In t his text ,we introduce to use communication protocol of RS422/RS485.U se MAX3045&MAX3093chip s to constit ute RS422/RS485transceiver circuit.The t ransmis 2sion mode of t he SPI bus data is changed f rom imbalance t ransmission mode to be balance t rans 2mission mode.U se Cat.5twisted 2pair to be t ransmission medium ;to make t hat t he reliable dis 2tance of t he SPI bus data can be extend t hrough to 1200meter.To expanded t he applied range of t he SPI bus.K eyw ords :t he SPI bus ;remote data t ransmission ;p rotocol of RS422/RS480 引 言SPI 总线是Motorola 公司提出的一种同步串行外设接口协议,它可以使MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。
由于该总线占用的接口线少,而且速度快,能够同时收发,通信效率高,支持这种总线的器件众多,包括E 2PROM 、A/D 、D/A 、实时时钟、以及L ED 、L CD 驱动器件等,是一种非常基本的外设接口,得到了广泛地应用。
SPI 使用4条线:串行时钟线(SL C K )、低电平有效的从机选择线(SS )、主机输入/从机输出线(MOSI )、主机输出/从机输入线(MOSI ),其接口连接如图1所示。
SPI 总线通信协议简单,传输速度快,通信效率高等诸多优点,但其传输距离较近的测试工具与解决方案2009.1缺点,限制了它的使用的范围,如果在保持相当的传输速率,并能解决SPI 总线传输距离近,可以极大地拓展SPI 总线应用的范围。
图1 SPI 接口连接示意图1 SPI 总线传输距离短的原因分析及解决办法 SPI 数据总线传输距离近的主要原因是因为SPI 总线采用的是单端不平衡传输的数据传输方式。
在信号传输过程中,对信号产生干扰的不仅仅是电场,诸如磁场、振动、温度等均可对信号造成干扰、在信号传输过程中受到干扰的程度与信号线质量和传输距离有很大关系,信号频率越高、信号传输线质量越差、传输距离越长则受到干扰的程度就越大。
在单端不平衡传输过程中,对于已引入到信号线中的干扰是无法消除或削弱的,严重的话会造成数据传输的错误。
另外,在单端不平衡传输方式中,需要一个公共的地线作为参考点,地线同时也是信号电流的回线,存在着信号电流,当被此传输线连接着的两个系统之间存在着交流电位差时,这个交流电位差将直接窜到信号中,造成噪声干扰。
基于上述原因使得SPI 总线数据的传输距离仅局限于板、卡级别的短距离数据传输。
采用双端平衡传输是长距离数据传输常用的一种方式。
双端平衡传输的信号为幅度相等、相位相反的信号,传输线一般为双绞电缆,这两根线走向、材质一致,因此对地阻抗一致。
在双端平衡传输通道中,所接收的外部电磁干扰在导线内产生的干扰是一致的,对信号接收端来说这是一种共模干扰,这种共模干扰可用适当的电路加以消除或极大的抑制,在很大程度上提高了信号传输的质量。
将SPI 数据总线由单端不平衡传输方式改为双端平衡传输方式,可以极大地提高其数据传输的距离,实现SPI 数据远距离的传输。
2 实现SPI 总线数据远距离传输电路实现平衡传输的电路有多种,RS422和RS485是工业中远距离传送数据信号使用最多的一种方式。
MA X3045和MA X3093芯片是美国美信公司出品的多路RS422/RS485收发器芯片,其中MAX3045是四通道RS422/RS485发送器,设计用于通过双绞线传送数字数据。
MAX3093芯片是四通道RS485/RS422接收器,两芯片均为5V 单电源供电,支持热插拔输入能够在电路启动过程中禁止错误数据的传输,具有ESD 保护电路,可用于对ESD 敏感的应用系统中。
本电路中仅使用其中三个通道,各线对数据信号为单方向传输,也就是采用RS422的通信方式。
主设备处为发送端,远端为接收端,两者通过5类双绞线连接,构成高速单向RS422数据传输系统,图2为电路原理图。
图2 电路原理图3 系统测试将主设备端(一般为单片机)产生的SCL K 、2009.1Test Tools &SolutionsMOSI 、SS 信号接至数据传送端,接收端用串行接口的MAX 7221显示驱动芯片,驱动8位L ED 数码管显示,数据接收端接MAX 7221芯片的相应的数据输入端口,传输介质采用4箱(305m/箱)5类双绞线连接起来作为传输介质,经实际测试,传输距离为1220m 时,数据传输速率达到100kHz 时,MAX 7221仍可正常工作,所接L ED 数码管显示数据正确。
图3为发送端和接收端的实测串行时钟(SC L K )信号的波形图。
图4为接收端串行时钟信号的传输时延,通过图4可以看出,经过1200m 长距离的信号传输,接收端的信号较发送端有7.3μs 的时延,因为SPI 总线是一个同步数据通信协议,它是以串行时钟信号SC L K 上升沿或下降沿,作为接收端数据采集的时刻,只要接收端的SC L K 与MOSI 信号的时延基本保持一致,就可以保证数据的正确性。
4 使用中的注意事项(1)当SPI 总线数据需要双向传输时,需要在主设备处增加RS422接收器,在远端增加RS422发送器,以实现SPI 总线数据的双向传输。
此时,传输时序就显得尤为重要,时序只有匹配,数据传输才能正常进行。
当传输速率较高时,主设备处接收的数据发生错误,这主要是传输时延造成的影响,可以通过降低数据的传输速率解决这个问题。
实验表明,当SPI 时钟频率控制在40k Hz 左右时,主设备处数据接收稳定可靠无差错。
(2)注意传输介质对数据传输的影响。
在选择传输介质时,应选择优质的5类或5类以上的双绞线作为传输线路,线路的连接需牢固可靠。
劣质的双绞线,线路阻抗大,更有甚者同一根双绞线内各线对之间的电阻和信号传输时延有很大差异,给数字信号传输带来很大的影响。
(3)RS422/RSv485网络中需要终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。
在短距离传输时可以不接终接电阻,即一般在300m 以下不需终接电阻。
在RS422网络中终接电阻接在传输电缆的最远端,终接电阻一般取值100Ω,相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数非屏蔽双绞线电缆的特性阻抗大约在100Ω左右。
这种匹配方法简单有效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大功率,对于功耗限制比较严格的系统,可采用比较省电的RC 匹配方式,如图5,利用一只电容C 隔断直流成分,可以节省大部分功率。
图5 RC 匹配方式5 结 论通过将SPI 数据总线由单端不平衡传输变换为双端平衡传输方式,解决了SPI 数据信号仅适用于近距离数据传输的弊端,使得SPI 数据信号能可靠地传送至1200米的远距离。
若应用系统中SPI测试工具与解决方案2009.1总线数据仅为单方向传输时,还可以并接多个相同的SPI 设备,达到同时向不同地域多个器件传送数据的目的。
该电路简单可靠,在地理空间位置上,极大地拓展了SPI 器件使用的范围,已在多个项目中得到使用,并取得良好的效果。
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