SPI 总线器的工作原理及使用方法
eeskill 2023-11-29

大家好,通过前一期的学习,我们已经对ICD2 仿真烧写器和增强型PIC 实验板的使用方法及学习方式有所了解与熟悉,现在我们就趁热打铁,再向上跨一步,一起来学习一下SPI 总线器的工作原理及使用方法,这样我们可以将一些需要保存的数据保存到存储器芯片中,掉电不会失丢,如汽车的里程表,它在不断地计数,其公里数就是放在一个SPI 总线的存储器芯片里面。


一、SPI总线基本概念


SPI ( Serial Peripheral Interface ———串行外设接口) 总线是Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术。SPI 总线系统是一种同步串行外设接口, 允许MCU 与各种外围设备( 如闪存、数摸转换、网络控制器、从MCU) 以串行方式进行通信、数据交换。


SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB 的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。其工作模式有两种:主模式和从模式。SPI 是一种允许一个主设备启动一个从设备的同步通讯的协议,从而完成数据的交换。


也就是SPI 是一种规定好的通讯方式。这种通信方式的优点是占用端口较少,一般4 根就够基本通讯了(不算电源线)。同时传输速度也很高。一般来说要求主设备要有SPI 控制器(也可用模拟方式),就可以与基于SPI 的芯片通讯了。


二、SPI总线系统结构


SPI 系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口, 一般使用4 条线: 串行时钟线(SCK) 、主机输入/ 从机输出数据线SDO、主机输出/ 从机输入数据线SDI 和低电平有效的从机选择线SS。SDI 和SDO 用于串行接收和发送数据,数据高位在前低位在后。在SPI 设置为主机方式时,SDO 是主机读从机,SDI 是主机写从机。SCK 用于提供时钟脉冲将数据一位位地传送。SPI 总线器件间传送数据框图如图1 所示。



三、SPI总线的接口特性


利用SPI 总线可在软件的控制下构成各种系统。如1 个主MCU 和几个从MCU、几个从MCU 相互连接构成多主机系统(分布式系统)、1 个主MCU 和1 个或几个从I / O 设备所构成的各种系统等。在大多数应用场合,可使用1个MCU 作为主控机来控制数据,并向1 个或几个从外围器件传送该数据。从器件只有在主机发命令时才能接收或发送数据。其数据的传输格式总是高位(MSB)在前,低位(LSB)在后。


当一个主控机通过SPI 与几种不同的串行I / O 芯片相连时,必须使用每片的允许控制端,这可通过MCU 的I / O 端口输出线来实现。


但应特别注意这些串行I / O 芯片的输入输出特性:首先是输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。平时未选中芯片时,输出端应处于高阻态。若没有三态控制端,则应外加三态门。否则MCU 的MISO端只能连接一个外设。其次是外设的串行数据输入是否有允许控制端。


因为只有在此芯片允许时,SCK 脉冲才把串行数据移入该外设;在禁止时,SCK 对外设无影响。若原来没有允许控制端,则增加控制门;当然,也可以在SPI 总线上只连接1 个外设,就不必用允许控制。


通过前文的原理介绍,我们已经对SPI 总线的特性以及工作原理有了大致地了解,但当我们拿到一个SPI 总线器件时要正确地应用它,还是一时不知如何下手,比如我们现在要想把一个具体的数据存储放器件中去,需要怎么办呢?现在,我们来一起看一个数据存储的例子,通过一个实例,相信会给大家带来一个感性的认识,下面就以目前单片机系统中广泛应用的SPI 接口的数据存储器93C46 为例,介绍SPI器件的基本应用。


四、93C46串行存储器简介


93C46 是1k 位串行EEPROM 储存器。


每一个储存器都可以通过DI/DO 引脚写入或读出。它的存储容量为1024 位,内部为128×8位或64×16 位。93C46 为串行三线SPI 操作芯片,在时钟时序的同步下接收数据口的指令。


指令码为9 位十进制码,具有7 个指令,读、擦写使能、擦除、写、全擦、全写及擦除禁止。该芯片擦写时间快,有擦写使能保护,可靠性高,擦写次数可达100 万次, 93C46 的引脚功能图如图2 所示。



图2 93C46 的引脚图



表1 :93C46 串行EEPROM 指令格式选择表




指令说明:


① 读(READ):当下达10XXXXXX 指令后,地址(XXXXXXXX) 的数据在SCK=1 时由DO输出。


② 写(WRITE):在写入数据前, 必须先下达写使能(EWEN) 指令, 然后再下达01XXXXXX 指令后, 当SCK=1 时, 会把数据码写入指定地址(XXXXXXXX);而DO=0 时,表示还在进行写操作, 写入结束后DO 会转为高电平。写入动作完成后,必须再下达写禁止(EWDS)命令。


③ 清除(ERASE): 下达清除指令11XXXXXX 后会将地址(XXXXXXXX)的数据清除。


④ 写使能(EWEN):下达0011XXXX 指令后,才可以进行写(WRITE)操作。


⑤ 写禁止(EWDS):下达0000XXXX 指令后,才可重复进行写入(WRITE)操作。


⑥ 芯片清除(ERAL):下达0010XXXX 指令后,全部禁止。


⑦ 芯片写入(WRAL):下达0001XXXX指令后,全部写入“0”。


我们的例子程序功能是要实现对93C46 存储器的读写操作,并验证数据是否正确。程序先分别向0x02 和0x03 两个地址写入0x55 和0xAA,然后读其中一个地址,并将读到的数据显示出来验证是否正确。程序默认是读0x02 地址内的数据,读者也可以修改地址数据来读其它地址数据。


首先, 我们来看一下增强型PIC 实验板上的93C46 接口电路, 因为我们需要将软件和硬件相结合进行考虑如何来编程,完成该实验的硬件原理图如图3 所示,U6 为实验板上的93C46 芯片, 单片机的RB1、RB2、RB4、RB5 分别与芯片的CS、CLK、DI、DO 脚相连,七段数码管D5、D7、D8 组成了显示单元,字形码的数据通过RC 口送入,各数码管扫描显示信号分别不同的RA 口进行控制。



图3 硬件原理图


对于单片机软件的编程,我们使用MPLabIDE 软件来进行C 语言编程,它是我们的编程环境,同时我们可以通过使用ICD2 仿真烧写器和增强型PIC 实验板连接进行程序的仿真调试和烧写步骤,具体的操作步骤,我们已经在前几期做了详细的说明和介绍,在此就不再重复说明,读者朋友可以参阅以前的文章或直接登陆我们的网站查看资料。现在我们可以输入程序代码进行调试了, 我们在MPLab IDE软件中新建工程, 加入源程序代码,同时进行芯片型号的选择和配置位的设置,我们实验所用的芯片型号为PIC16F877A。由于篇幅限制,程序的源代码请上网站www.ele169.com 或www.hificat.com下载。 流程框图如图4 示。



图4 读写演示程序的流程图


编好程序后将编译好的HEX通过ICD2 仿真烧写器烧入单片机芯片,上电运行,效果如图5 所示。“0170”是我们事先写入存储器芯片再将其读出来的十进制值。




图5 从93C46 读出的数据通过数码管显示


看到这里,相信你现在已经可以完成一些数据存储方面的实验。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 对话周祖成教授 - 清华大学与西门子EDA的合作之旅


  • 相关技术文库
  • 工业
  • 安防
  • 航空
  • CAN
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告