本文主要講解兩部分內容,不做任何轉發,僅個人學習記錄:
一. Arduino 與 SPI 結合使用 :
二. SPI 深層理解
有價值的幾個好的參考:
1. 中文版: https://blog.csdn.net/xxxxxx91116/article/details/42620413 這版本適合比較容易理解大概, 細節翻譯還是要去英文版:https://www.arduino.cc/en/Tutorial/SPIEEPROM
2 .https://www.cnblogs.com/adylee/p/5399742.html 以及 https://blog.csdn.net/weixin_40117614/article/details/84070130(其中:2.2傳輸數據步驟如下 mode似乎弄混了,mode0與mode2在第一次采樣之前已發送1bit 而mode1和mode3則是正常的發送再采樣,有待考證)
一. Arduino 與 SPI 結合使用 :
1.串行外圍設備接口入門(Introduction to the Serial Peripheral Interface)

2.串行EEPROM簡介


3.面包板的准備


4.Arduino SPI 編程









spi_transfer函數將要傳出的數據放入數據傳輸寄存器,然后就開始SPI傳輸了哈。可以通過SPI狀態寄存器(SPSR)的某個位(SPIF)來查看數據傳輸是否結束了。關於位掩碼(bit mask)可以參考這里:http://www.arduino.cc/en/Tutorial/。最后返回寫入EEPROM的數據。
read_eeprom函數允許我們從EEPROM中讀入數據,首先設置SLAVESELECT為低來enable設備。接下來送入一個讀指定,接下來送入要讀的16位地址,最高有效位有限。接下來我們發送一個假數據到EEPROM中以將數據傳出。最后我們在讀入一個字節后,再次設置SLAVESELECT線為高來釋放設備,並返回數據,如果我們想要一次讀入多個數據,那么當我們重復data=spi_transfer(0XFF)時,需要將SLAVESELECT一直設置為低,這樣來回128次后讀出整個頁的數據:
為了方便大家CTRL+c、 CTRL+v,下面是整個手冊的源碼:
#define DATAOUT 11//MOSI #define DATAIN 12//MISO #define SPICLOCK 13//sck #define SLAVESELECT 10//ss //opcodes #define WREN 6 #define WRDI 4 #define RDSR 5 #define WRSR 1 #define READ 3 #define WRITE 2 byte eeprom_output_data; byte eeprom_input_data=0; byte clr; int address=0; //data buffer char buffer [128]; void fill_buffer() { for (int I=0;I<128;I++) { buffer[I]=I; } } char spi_transfer(volatile char data) { SPDR = data; // Start the transmission while (!(SPSR & (1<<SPIF))) // Wait the end of the transmission { }; return SPDR; // return the received byte } void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(DATAOUT, OUTPUT); pinMode(DATAIN, INPUT); pinMode(SPICLOCK,OUTPUT); pinMode(SLAVESELECT,OUTPUT); digitalWrite(SLAVESELECT,HIGH); //disable device // SPCR = 01010000 //interrupt disabled,spi enabled,msb 1st,master,clk low when idle, //sample on leading edge of clk,system clock/4 rate (fastest) SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR); clr=SPSR; clr=SPDR; delay(10); //fill buffer with data fill_buffer(); //fill eeprom w/ buffer digitalWrite(SLAVESELECT,LOW); spi_transfer(WREN); //write enable digitalWrite(SLAVESELECT,HIGH); delay(10); digitalWrite(SLAVESELECT,LOW); spi_transfer(WRITE); //write instruction address=0; spi_transfer((char)(address>>8)); //send MSByte address first spi_transfer((char)(address)); //send LSByte address //write 128 bytes for (int I=0;I<128;I++) { spi_transfer(buffer[I]); //write data byte } digitalWrite(SLAVESELECT,HIGH); //release chip //wait for eeprom to finish writing delay(3000); Serial.print('h',BYTE); Serial.print('i',BYTE); Serial.print('\n',BYTE);//debug delay(1000); } byte read_eeprom(int EEPROM_address) { //READ EEPROM int data; digitalWrite(SLAVESELECT,LOW); spi_transfer(READ); //transmit read opcode spi_transfer((char)(EEPROM_address>>8)); //send MSByte address first spi_transfer((char)(EEPROM_address)); //send LSByte address data = spi_transfer(0xFF); //get data byte digitalWrite(SLAVESELECT,HIGH); //release chip, signal end transfer return data; } void loop() { eeprom_output_data = read_eeprom(address); Serial.print(eeprom_output_data,DEC); Serial.print('\n',BYTE); address++; if (address == 128) address = 0; delay(500); //pause for readability }
總結:
1.這里主要以內存器EEPROM為主, 而且個人感覺這里的SPI控制進入到Arduino的開發版, 大體的方向對很多Arduino——SPI控制實用,但畢竟只是一個例子,下面一節將講述SPI最底層的東西。
2.如果只是簡單的讀寫,Arduino 中是有SPI.h頭文件和cpp 也是大家可以研究的一個方向,現在記憶留心還是spi.transfer用法。
二. SPI 深層理解
SPI,是英語Serial Peripheral Interface的縮寫,顧名思義就是串行外圍設備接口。SPI,是一種高速的,全雙工,同步的通信總線,並且在芯片的管腳上只占用四根線,節約了芯片的管腳,同時為PCB的布局上節省空間,提供方便,正是出於這種簡單易用的特性,現在越來越多的芯片集成了這種通信協議。 SPI是一個環形總線結構,由ss(cs)、sck、sdi、sdo構成,其時序其實很簡單,主要是在sck的控制下,兩個雙向移位寄存器進行數據交換。
假設主機和從機初始化就緒:並且主機的sbuff=0xaa (10101010),從機的sbuff=0x55 (01010101),下面將分步對spi的8個時鍾周期的數據情況演示一遍(假設上升沿發送數據)。
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這樣就完成了兩個寄存器8位的交換,上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿,sdi、 sdo相對於主機而言的。根據以上分析,一個完整的傳送周期是16位,即兩個字節,因為,首先主機要發送命令過去,然后從機根據主機的名准備數據,主機在下一個8位時鍾周期才把數據讀回來。 SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口,同步串行3線方式進行通信:一條時鍾線SCK,一條數據輸入線MOSI,一條數據輸出線MISO;用於 CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。
SPI時序圖詳解-SPI接口在模式0下輸出第一位數據的時刻
SPI接口在模式0下輸出第一位數據的時刻
SPI接口有四種不同的數據傳輸時序,取決於CPOL和CPHL這兩位的組合。圖1中表現了這四種時序, 時序與CPOL、CPHL的關系也可以從圖中看出。
CPOL(時鍾極性)和CPHA(時鍾相位)意義
CPOL=0,表示當SCLK=0時處於空閑態,所以有效狀態就是SCLK處於高電平時
CPOL=1,表示當SCLK=1時處於空閑態,所以有效狀態就是SCLK處於低電平時
CPHA=0,表示數據采樣是在第1個邊沿,數據發送在第2個邊沿
CPHA=1,表示數據采樣是在第2個邊沿,數據發送在第1個邊沿
通過CPOL和CPHA來控制我們主設備的通信模式
發送和接收設備需要根據實際情況分析 (發送設備 ≠ 主設備)
Mode0:CPOL=0,CPHA=0
SCLK(0)空閑;
當SCLK由低到高跳變(上升沿),(接收設備)進行數據的讀取;
當SCLK由高到低跳變(下降沿),(發送設備)進行數據的發送;
Mode1:CPOL=0,CPHA=1
SCLK(0)空閑;
當SCLK由高到低跳變(下降沿),(接收設備)進行數據的讀取;
當SCLK由低到高跳變(上升沿),(發送設備)進行數據的發送;
Mode2:CPOL=1,CPHA=0
SCLK(1)空閑;
當SCLK由高到低跳變(下降沿),(接收設備)進行數據的讀取;
當SCLK由低到高跳變(上升沿),(發送設備)進行數據的發送;
Mode3:CPOL=1,CPHA=1
SCLK(1)空閑;
當SCLK由低到高跳變(上升沿),(接收設備)進行數據的讀取;
當SCLK由高到低跳變(下降沿),(發送設備)進行數據的發送;
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CPOL是用來決定SCK時鍾信號空閑時的電平,CPOL=0,空閑電平為低電平,CPOL=1時,
空閑電平為高電平。CPHA是用來決定采樣時刻的,CPHA=0,在每個周期的第一個時鍾沿采樣,
CPHA=1,在每個周期的第二個時鍾沿采樣。



圖4中,注意看CS和MISO信號。我們可以看出,CS信號有效后,從器件立刻輸出了bit1(值為1)。
通常我們進行的spi操作都是16位的。圖5記錄了第一個字節和第二個字節間的相互銜接的過程。 第一個字節的最后一位在SCK的上升沿被采樣,隨后的SCK下降沿,從器件就輸出了第二個字節的第一位。

SPI總線協議介紹(接口定義,傳輸時序)
一、技術性能 SPI接口是Motorola 首先提出的全雙工三線同步串行外圍接口,采用主從模式(Master Slave)架構;支持多slave模式應用,一般僅支持單Master。 時鍾由Master控制,在時鍾移位脈沖下,數據按位傳輸,高位在前,低位在后(MSB first);SPI接口有2根單向數據線,為全雙工通信,目前應用中的數據速率可達幾Mbps的水平。
------------------------------------------------------- 二、接口定義 SPI接口共有4根信號線,分別是:設備選擇線、時鍾線、串行輸出數據線、串行輸入數據線。
------------------------------------------------------- 三、內部結構

