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 TEST

J an.2009No.1

SPI 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:B

R emote transmission of SPI bus data

Liang 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/RS48

0　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 、