SPI demistifikuotas tyrinėti serijinės periferinės sąsajos pagrindus

Serijinės periferinės sąsajos (SPI) protokolas išryškėja kaip kertinis akmuo skaitmeninės komunikacijos srityje, ypač įterptosiose sistemose, kurioms reikalingas patikimas, greitas duomenų mainai.Iš pradžių sukurta siekiant palengvinti sklandų duomenų srautą tarp mikrovaldiklių ir periferinių prietaisų, SPI išsiskiria savo visu dupleksu, sinchroninėmis galimybėmis, užtikrindamas tuo pačiu dvikryptį ryšį.Šiame protokole naudojama meistro vergų architektūra, naudojant keturias pagrindines linijas-meistrą, vergą (Mosi);Meistras, vergas (miso);Laikrodis (SCK);ir vergų pasirinkimas (SS) - sukurti kontroliuojamą ir efektyvią duomenų perdavimo aplinką.Palaikydamas įvairius eksploatacinius režimus ir konfigūracijas, įskaitant 3 laidų ir daugialypės terpės sąrankas, SPI prisitaiko prie įvairių technologinių reikalavimų, paremdamas savo plačiu pritaikymu įvairiuose sektoriuose, tokiuose kaip automobilių elektronika, pramoninės valdymo sistemos ir vartotojų elektronika.Šis nuodugnus tyrinėjimas pasitelkia techninius SPI painius, aptariant jo konfigūracijas, operacijų tipus ir programavimą, kartu su pagrindiniu vaidmeniu šiuolaikiniuose elektroniniuose dizainuose ir sistemose.

Katalogas

1 paveikslas: Serijinės periferinės sąsajos (SPI) magistralė

SPI galimybės ir savybės

Serijinės periferinės sąsajos (SPI) magistralė yra raktas į greitą, pilną dvipusį, sinchroninį duomenų perdavimą tarp pagrindinio įrenginio ir kelių vergų įrenginių.Skirtingai nuo kitų protokolų, SPI naudoja keturias pagrindines duomenų eilutes: „Master Out“, „Slave In“ (MOSI), „Master In“, „Slave Out“ (MISO), Clock (SCK) ir vergų pasirinkimas (SS).Ši sąranka leidžia efektyviai ir patikimai tvarkyti įvairias programas.

2 paveikslas: Master-Slave konfigūracija

SPI sistemoje duomenys tuo pačiu metu teka abiem kryptimis, leidžiant bendrauti realiuoju laiku.Meistras siunčia duomenis vergui per MOSI liniją ir tuo pačiu metu gauna duomenis iš vergo per MISO liniją.SPI įrenginiai gali perduoti duomenis, pradedant nuo reikšmingiausio bito (MSB) arba mažiausiai reikšmingo bitų (LSB).Tam reikia kruopščios konfigūracijos pagal įrenginio duomenų lapą, kad būtų užtikrinta teisinga bitų seka.Pavyzdžiui, „Arduino“ projektuose, atsižvelgiant į išsamias SPI prievado konfigūracijos gaires, reikalingas tam, kad atitiktų konkretaus įrenginio reikalavimus, kaip aprašyta techninėse nuorodose ir duomenų lapuose.

3 paveikslas: Laikrodžio poliškumas ir fazė

Duomenų perdavimo SPI tikslumas priklauso nuo to, ar teisingai nustatysite laikrodžio poliškumą (CPOL) ir fazę (CPHA), kurie nustato, kaip duomenų bitai suderinami ir fiksuojami ryšio metu.SPI palaiko keturis režimus, kad patenkintų skirtingus laiko poreikius:

• 0 režimas (cpol = 0, cpha = 0)

Laikrodis neveikia žemas.Duomenų bitai užfiksuojami ant kylančio laikrodžio krašto ir perduodami ant krintančio krašto.Duomenys turi būti paruošti prieš pirmąjį kylantį laikrodžio impulsą.

• 1 režimas (cpol = 0, cpha = 1)

Laikrodis neveikia žemas.Duomenų bitai užfiksuojami ant krintančio krašto ir perduodami ant kito kylančio krašto.

• 2 režimas (cpol = 1, cpha = 0)

Laikrodis neveikia aukšto.Duomenys užfiksuojami ant krintančio krašto ir perduodami ant kylančio krašto.Duomenys turi būti paruošti prieš pirmąjį krintantį laikrodžio impulsą.

• 3 režimas (cpol = 1, cpha = 1)

Laikrodis neveikia aukšto.Duomenų bitai užfiksuojami kylančiame krašte ir perduodami ant krintančio krašto.

Kiekvienas režimas užtikrina duomenų vientisumą tiksliai suderinant duomenų bitus su laikrodžio perėjimais, užkirsti kelią duomenų sugadinimui ir užtikrinti patikimus mainus tarp pagrindinio ir vergų įrenginių.

Pagrindinių terminų žodynėlis

Norint suprasti SPI protokolą, reikia žinoti šiuos pagrindinius terminus, apibrėžiančius įrenginio sąveiką:

CLK (nuoseklusis laikrodis): Tai yra laiko nustatymo signalas, kurį kontroliuoja pagrindinis įrenginys, kuris nustato, kada duomenų bitai imami ir keičiami ryšio metu.Tai nustato duomenų perdavimo ritmą per SPI magistralę.

SSN (vergo pasirinkimas): šis aktyvus-žemas valdymo signalas, kurį valdo meistras, pasirenka aktyvų ryšio vergo įrenginį.Kai šis signalas yra žemas, jis rodo, kad vergo įrenginys yra paruoštas gauti duomenis iš „Master“ arba išsiųsti duomenis.

MOSI („Master Out“, „Vergas In“): Šis duomenų kanalas siunčia informaciją iš meistro į vergą.Duomenys teka per šią liniją pagal laikrodžio signalus, užtikrindami, kad bitai iš pagrindinio į vieną ar daugiau vergų būtų perduodami nuosekliai.

Miso (meistras, vergas): Tai yra duomenų kelias, skirtas siųsti informaciją iš vergo atgal į meistrą.Tai papildo MOSI liniją, įgalinančią abipusį duomenų mainą SPI sistemoje.

CPOL (laikrodžio poliškumas): Šis nustatymas nustato, ar laikrodžio linija yra aukšta, ar žema, kai nėra duomenų perdavimo.Tai daro įtaką tuščiosios eigos būsenos stabilumui ir pasirengimui kitam duomenų perdavimui.

CPHA (laikrodžio fazė): Tai nurodo, kada reikia imti duomenis - laikrodžio krašte ciklo pradžioje arba kraštą, kuris atsiranda ciklo viduryje.Tai yra svarbiausia norint tiksliai suderinti duomenų bitus su laikrodžio impulsais.

Įvaldyti ryšį su vergų pasirinkimo ir ramunėlių grandinės metodais

4 paveikslas: kelių vergų išrinkta konfigūracija

Kai pagrindinis SPI įrenginys bendrauja su keliais vergais, kiekvienas vergas turi savo vergo pasirinkimo (SS) eilutę.Ši sąranka apsaugo nuo duomenų susidūrimų ir užtikrina, kad meistro siunčiami duomenys ar duomenys pasiekia tik numatytą vergą.Vienu metu turėtų būti aktyvi tik viena SS eilutė, kad būtų išvengta konfliktų „Master in“, „Slave Out“ (MISO) linijoje, kuri galėtų sugadinti duomenis.Jei nereikia grąžinti ryšį iš vergų, meistras gali suaktyvinti kelias SS eilutes, kad būtų transliuojamos komandos ar duomenys keliems vergams vienu metu.

Sistemoms, kurioms reikia daugiau vergų prietaisų nei turimiems „Master“ I/O kaiščiams, naudojama I/O plėtra, naudojant tokią aparatūrą kaip dekoderis ar demultiplekseris (pvz., 74HC (T) 238).Tai leidžia vienam šeimininkui efektyviai valdyti daugybę vergų, dekoduojant keletą valdymo linijų į kelias SS linijas.

5 paveikslas: „Daisy“ grandinės konfigūracija

Daisy grandinės konfigūracija

„Daisy“ grandinės topologija jungia kelis vergų įrenginius nuosekliai, naudodama vieną SS eilutę.Meistras siunčia duomenis į pirmąjį vergą, kuris jį apdoroja ir perduoda kitam vergui.Tai tęsiasi iki paskutinio vergo, kuris gali nusiųsti duomenis meistrui per MISO liniją.Ši konfigūracija supaprastina laidus ir yra naudinga tokiose programose kaip nuosekliai valdomi LED masyvai, kai kiekvienam įrenginiui reikia duomenų, perduotų per jo pirmtakus.

Šis metodas reikalauja tikslaus laiko ir duomenų tvarkymo, kad kiekvienas vergas būtų teisingai interpretuojamas ir persiunčia duomenis.SPI meistras turi kruopščiai valdyti laikrodį ir duomenų srautą, kad būtų pritaikytas sklidimo vėlavimai ir kiekvieno grandinės vergo nustatymo laikas.

Veiksmingo programavimo SPI strategijos

SPI programavimas apima mikrovaldiklių sujungimą su įmontuotais SPI periferiniais įrenginiais, kad būtų galima perduoti didelę spartą duomenų perdavimą.„Arduino“ vartotojams yra du pagrindiniai būdai, kaip įgyvendinti SPI komunikaciją:

Naudojant „Shift“ komandas

Pirmasis metodas naudoja komandas „ShiftIn“ () ir „ShiftOut“ ().Šios programinės įrangos vadovaujamos komandos suteikia lankstumo renkantis kaiščius ir gali būti naudojamos bet kokiuose skaitmeniniuose I/O kaiščiuose.Šis universalumas yra naudingas įvairioms aparatinės įrangos sąrankoms.Tačiau kadangi šis metodas priklauso nuo programinės įrangos, skirtos valdyti bitų manipuliaciją ir laiką, jis veikia mažesniu greičiu, palyginti su aparatine įranga pagrįsta SPI.

Naudojant SPI biblioteką

Antrasis metodas yra efektyvesnis ir apima SPI bibliotekos naudojimą, kuris tiesiogiai pasiekia „Arduino“ borto SPI aparatinę įrangą.Tai lemia daug greitesnius duomenų valiutų kursus.Tačiau šis metodas riboja naudojimąsi specifiniais SPI nurodytais kaiščiais, apibrėžtais mikrokontrolerio architektūra.

Programuojant SPI ryšį, svarbu sekti prijungto įrenginio specifikacijas iš jo duomenų lapo.Tai apima teisingos bitų tvarką (MSB arba LSB pirmiausia) nustatymą ir tiksliai konfigūravus laikrodžio fazę (CPHA) ir poliškumą (CPOL).„Arduino“ SPI bibliotekoje pateikiamos tokios funkcijos kaip „setbiterDer“ (), setDatamode () ir setClockDivider (), kad sureguliuotų šiuos parametrus, užtikrinant sklandų ir suderinamą sąveiką su įvairiais SPI įrenginiais.

„Arduino“ lentoms būtina valdyti „Chip Select“ (CS) PIN kodą.Senesnėms lentoms, tokioms kaip „Arduino UNO“, reikia rankiniu būdu valdyti šį kaištį, kad būtų galima pradėti ir baigti ryšio sesijas.Skirtingai, naujesni modeliai, tokie kaip „Arduino“, siūlo automatinį CS valdymą, todėl SPI operacijos yra lengvesnės ir patikimesnės.

SPI magistralės konfigūravimas: 3 laidų ir daugialypės terpės sąrankos

SPI protokolas prisitaiko prie įvairių veiklos poreikių per skirtingas konfigūracijas, įskaitant standartinę 4 laidų sąranką, taip pat specializuotus formatus, tokius kaip 3 laidų ir daugialypės terpės režimai.

6 paveikslas: 3 laidų konfigūracija

3 laidų konfigūracija

3 laidų režimas sujungia „Master Out“, „Slave in“ (MOSI) ir „Master In“, vergo išvežimo (miso) linijas į vieną dvikryptį duomenų liniją.Tai sumažina bendrą reikiamų kaiščių skaičių iki trijų: kombinuotos duomenų linija, laikrodžio linija (CLK) ir vergo pasirinkimo linija (SS).Veikdama pusiau dvipusės režimu, ši sąranka gali siųsti arba gauti duomenis bet kuriuo metu, bet ne abu vienu metu.Nors PIN kodų mažinimas yra naudingas įrenginiams, kuriuose yra ribotas GPIO prieinamumas, ši sąranka taip pat riboja duomenų pralaidumą.Tai tinka programoms, kuriose prioritetai yra erdvės ir aparatinės įrangos paprastumas, o spartų duomenų perdavimas yra mažiau rizikingas.

7 paveikslas: „Multi-IO“ konfigūracijos

Daugialypės konfigūracijos

Daugialypės terpės konfigūracijos, įskaitant dvigubą ir keturkojį I/O režimus, išplečia duomenų linijas už vienos eilutės, matomos tradiciniame SPI.Šie režimai duomenų perdavimui naudoja dvi ar keturias eilutes, leidžiančias gauti daug greitesnį duomenų perdavimo spartą, įgalindami tuo pačiu dvikryptės duomenų srautą.Ši galimybė yra ypač naudinga aukštos kokybės aplinkose, kur greitis nusistovi.

UAL I/O: Panaudoja dvi duomenų eilutes, veiksmingai padvigubindami duomenų perdavimo greitį, palyginti su standartine vienos eilutės sąranka.

Keturratis i/o: Naudojamos keturios duomenų linijos, žymiai didinant pralaidumą ir efektyvumą.Šis režimas yra ypač efektyvus vykdant veikimo (XIP) operacijas tiesiogiai iš nestabilių atminties įrenginių, tokių kaip „Flash Storage“, kur duomenys gali būti perduodami visose keturiose eilutėse vienu metu.

Šie patobulinti I/O režimai užpildo spragą tarp tradicinių lygiagrečių sąsajų, kurioms paprastai reikia daugiau kaiščių Palyginami duomenų sparta ir efektyvesnės nuosekliosios sąrankos.Padidindamas Duomenų eilučių skaičius, daugialypės konfigūracijos padidina našumą, o Išlaikyti pusiausvyrą tarp PIN skaičiaus ir eksploatavimo efektyvumo, todėl jie tampa Tinka daugybei greitųjų duomenų programų.

Vykdyti paprastą SPI rašymo operaciją

Rašymo operacijos vykdymas į „SPI Flash“ atmintį apima tikslias komandų sekas, siekiant užtikrinti duomenų vientisumą ir efektyvų bendravimą tarp pagrindinio ir vergo įrenginio.Operacija prasideda nuo to, kad pagrindiniai suaktyvinantys vergo pasirinkimo (SS) eilutę, signalizuojant apie tikslinį vergo įrenginį, kad būtų pradėta komunikacijos sesija.Šis žingsnis yra pagrindinis, nes jis paruošia konkretų vergo įrenginį, kad gautų duomenis.

Suaktyvinus SS eilutę, meistras siunčia komandą rašyti kartu su reikiamais duomenų baitais.Ši komanda paprastai nurodo atliktą veiksmą, pavyzdžiui, „Rašymo būsenos registrą“, po kurio seka duomenų baitai, apibrėžiantys naują registro turinį.Tikslumas šiame žingsnyje yra dinamiškas;Bet kokia komandos ar duomenų klaida gali sukelti neteisingų konfigūracijų ar duomenų sugadinimo.Šiame etape MISO linija išlieka didelės varžos būsenoje, kad būtų išvengta jokių duomenų siunčiamų meistrui.Ši sąranka supaprastina operaciją, daugiausia dėmesio skiriant tik duomenų siuntimui į vergą.

Kai duomenų perdavimas bus baigtas, pagrindinis išjungia SS eilutę, pažymėdama operacijos pabaigą.Šis išjungimas sako vergo įrenginiui, kad komunikacijos sesija baigėsi, leidžianti jam grįžti į budėjimo režimą ir apdoroti gautus duomenis.

Kaip atlikti SPI skaitymo operaciją?

Atliekant skaitymo operaciją iš „SPI Flash“ atminties, reikia žingsnis po žingsnio, kad būtų galima tiksliai išgauti duomenis iš vergo įrenginio.Ši operacija reikalauja išsiųsti vergui konkrečią skaitymo instrukciją, po kurios seka nuoseklus duomenų gavimas.Procesas prasideda nuo to, kad pagrindinis suaktyvina vergo pasirinkimo (SS) eilutę.Tai išskiria ir nukreipia į konkretų vergo įrenginį ryšiui, užtikrinant, kad komandos būtų nukreiptos tik į numatytą vergą.

1 žingsnis: Skaitymo instrukcijos siuntimas

Pasirinkus vergą, meistras siunčia skaitymo instrukciją.Ši komanda inicijuoja duomenų perdavimą iš vergo į pagrindinį.Tikslumas šioje komandoje yra labai svarbus norint užtikrinti, kad vergas supranta, kurių duomenų reikalaujama.

2 žingsnis: duomenų gavimas

Išsiuntę instrukciją, vergas pradeda perduoti prašomus duomenis meistrui per „Master In“, „Slave Out“ (miso) liniją.Šis duomenų perdavimas vyksta per kelis laikrodžio ciklus, kuriuos valdo pagrindinio laikrodžio.Meistras skaito duomenų baitus iš eilės, paprastai apima iš anksto nustatytą baitų skaičių pagal komandos reikalavimus.

8 paveikslas: „Quad IO SPI“ operacija

Patobulinti duomenų perdavimą naudojant „Quad IO SPI“ operacijas

„Quad IO SPI“ režimas pagerina „Flash“ atminties ryšį, naudodama keturias dvikrypčių duomenų linijas.Ši sąranka žymiai padidina duomenų perdavimo greitį, palyginti su vienos ar dviejų linijų SPI konfigūracijomis.

Išsamus „Quad IO“ režimo suskirstymas

Sandoris prasideda, kai pagrindinis įrenginys siunčia komandą „Greitai perskaitytas“.Ši komanda yra specialiai optimizuota, kad būtų galima pagreitinti skaitymo procesą, kurio reikia programoms, kurioms reikia greitai pasiekti didelius duomenų kiekius, pavyzdžiui, atliekant didelio našumo skaičiavimą ir pažangias įterptas sistemas.

Išsiunčius komandą, pagrindinis perduoda 24 bitų adresą.Šis adresas nurodo tikslią „Flash“ atmintyje esančią vietą, iš kurios reikia perskaityti duomenis.Po adreso siunčiami 8 režimo bitai.Šie režimo bitai sukonfigūruoja vergo įrenginio skaitymo parametrus, sureguliuodami operaciją, kad atitiktų konkrečius našumo poreikius.

Nustačius komandą ir parametrus, vergo įrenginys pradeda perduoti duomenis atgal į pagrindinį.Duomenys siunčiami 4 bitų vienetais (nibbles) per keturias eilutes, efektyviai padidinant pralaidumą, palyginti su standartiniais SPI režimais.

„Quad Io“ režimo pranašumai

Naudojant keturias I/O linijas „Quad IO“ režime, ne tik padidėja duomenų perdavimo greitis, bet ir padidina bendrą sąsajos efektyvumą ir našumą.Ši konfigūracija žymiai sumažina laiką, reikalingą prieigai prie duomenų ir vykdymo, todėl ji puikiai tinka tobuloms „Flash“ atminties operacijoms.

Naudojant „SPI“ mankštą „Quad IO“ operacijoms

„SPI Enciser“ įrankis yra neįkainojamas norint valdyti šias sudėtingas operacijas.Tai palaiko tvirtą komandų kalbą, įgalinančią sklandų perėjimą tarp skirtingų veiklos režimų, tokių kaip perjungimas iš standartinės 4 laidų sąrankos prie keturračio IO režimo-su viena operacija.Šis lankstumas palengvina efektyvų SPI konfigūracijų bandymą ir derinimą, užtikrinant, kad sistemos galėtų visiškai panaudoti „Quad IO“ technologijos galimybes.

SPI autobusų operacijų apžvalga

SPI (serijinės periferinės sąsajos) magistralės protokolas, nors ir nėra standartizuotas savo duomenų srauto struktūroje, paprastai naudoja de facto formatą, užtikrinantį suderinamumą ir sąveiką tarp skirtingų gamintojų įrenginių.Šis lankstumas daro SPI universalų pasirinkimą įvairioms programoms, pradedant nuo paprastų jutiklių duomenų rinkimo iki sudėtingų atminties ir ryšių užduočių.

Bendras operacijų formatas

Daugelis SPI įrenginių laikosi bendro modelio savo duomenų mainų procesuose, paprastai susijusius su šiais veiksmais:

• Komandos fazė

Pagrindinis įrenginys pradeda operaciją siųsdamas komandą.Ši komanda nurodo atliktos operacijos tipą, pavyzdžiui, skaityti nuo vergo įrenginio ar rašyti iki jo.

• Adreso etapas

Operacijoms, apimančioms konkrečias atminties vietas ar registrus, meistras siunčia adresą.Šis adresas vergui tiksliai nurodo, iš kur skaityti ar rašyti.

• Duomenų fazė

Atsižvelgiant į komandą, duomenys siunčiami iš pagrindinio vergo arba atvirkščiai.Rašymo operacijose meistras siunčia duomenis, kurie turi būti saugomi nurodytoje vergo įrenginio vietoje.Skaitymo operacijose vergas siunčia prašomus duomenis meistrui.

Taikymo universalumas

Jutiklio integracija: SPI gebėjimas tvarkyti trumpus greitųjų duomenų srautus daro jį idealiam jutikliams, kuriems reikia greitų duomenų atnaujinimų, tokių kaip automobilių saugos sistemose.

Prieiga prie atminties: SPI plačiai naudojamas „Flash“ atminties operacijose, efektyviai valdant duomenų perdavimą į ir iš atminties lustų, ypač sistemose, kuriose našumas ir greitis yra rizikingi.

Ryšio moduliai: Įrenginiai, tokie kaip modemai ir tinklo adapteriai, naudoja SPI patikimam duomenų perdavimui, pasinaudodami jo greičiu ir efektyvumu, kad būtų užtikrintas sklandus ryšys.

SPI pranašumų tyrinėjimas: kodėl tai svarbu?

Serijinės periferinės sąsajos (SPI) protokolas siūlo keletą pagrindinių privalumų, dėl kurių jis yra pasirinktas pasirinkimas įvairioms elektroninėms programoms.Tai apima spartų duomenų perdavimą, paprastus aparatinės įrangos reikalavimus ir efektyvų kelių periferinių įrenginių valdymą.

SPI pranašumai
Aukštos duomenų perdavimo normos	SPI palaiko daug didesnį duomenų perdavimą Įkainiai nei standartinės asinchroniniai serijiniai ryšiai.Šis greitas Gebėjimas reikalingas programoms, kurioms reikia greitų duomenų atnaujinimų, arba Apdorojimas realiuoju laiku, pavyzdžiui, transliuoti garso ir vaizdo įrašų įrenginius, greitaeigis greitis Duomenų gavimo sistemos ir ryšys tarp mikrovaldiklių ir Periferiai, tokie kaip jutikliai ir atminties moduliai.
Paprasta aparatūra	Norint gauti duomenis per SPI Aparatūra, paprastai tik paprastas pamainos registras.Šis paprastumas sumažėja Sudėtingumas ir išlaidos, todėl SPI idealiai tinka sistemoms, turinčioms erdvės ir biudžeto suvaržymai.Pamainų registrai palengvina tiesioginį duomenų perdavimą į ir iš jų Standartiniai skaitmeniniai registrai, palengvindami SPI integraciją į esamą Skaitmeninės sistemos.
Efektyvus daugybinių valdymas Periferiniai įrenginiai	SPI yra labai efektyvus tvarkant Keli periferiniai prietaisai.Skirtingai nuo kitų protokolų, kuriems reikalingas sudėtingas magistralė Valdymas ar papildomas signalizavimas kiekvienam įrenginiui, SPI naudoja vergo pasirinkimą (SS) eilutė valdyti kelis įrenginius.Kiekvienas vergo įrenginys SPI autobuse gali būti individualiai adresuojama per savo SS liniją, leidžiančią lengvai išplėsti Įtraukite daugiau periferinių įrenginių be reikšmingų šerdies pakeitimų Ryšio protokolas.
Universalumas tarp programų	SPI universalumas yra akivaizdus Plačiai pritaikytas įvairiose srityse.Iš įterptų sistemų Automobilių ir pramoninės programos vartotojui skirta elektronika ir Telekomunikacijos, SPI yra patikimas ir efektyvus būdas Trumpojo atstumo ryšys tarp centrinio valdiklio ir jo periferiniai įrenginiai.Jo gebėjimas veikti skirtingais laikrodžio dažniais ir Konfigūracijos (tokios kaip įvairus duomenų eilučių skaičius) dar labiau padidina ITS prisitaikymas prie konkrečių projekto reikalavimų.

SPI naudojimo iššūkiai ir trūkumai

Nors serijinės periferinės sąsajos (SPI) protokolas suteikia daugybę pranašumų, jis taip pat turi tam tikrų apribojimų, kurie gali turėti įtakos jo tinkamumui konkrečioms programoms.Atsižvelgiant į tai, kad šie trūkumai yra reikšmingi kuriant sistemas ir pasirenkant tinkamą komunikacijos protokolą.

SPI trūkumai
Padidinti signalo linijos reikalavimai	SPI reikalauja daugiau signalo linijų nei Paprasti komunikacijos metodai, tokie kaip I²C ar UART.Tipiškos SPI sąrankos reikia mažiausiai keturios eilutės: laikrodis (CLK), meistro vergas (Mosi), meistras verge Iš Out (Miso) ir vergo pasirinkimo (SS).Šis poreikis padidėja kelių linijų poreikis Laidų sudėtingumas, ypač sistemose, kuriose yra daug periferinių įrenginių.Tai gali vadovauti į signalo vientisumo ir fizinio išdėstymo apribojimų problemas.
Iš anksto nustatytas komunikacijos protokolas	SPI reikalauja tiksliai apibrėžtos ir Struktūrizuotas komunikacijos protokolas prieš įgyvendinant.Tai nepalaiko Ad-hoc ar skraidymo duomenų perdavimas, ribojantis dinaminio lankstumą Sistemos, kuriose komunikacijos poreikiai gali pasikeisti po dislokavimo.Kiekvienas Sandoris turi būti aiškiai inicijuotas ir kontroliuojamas pagrindinio įrenginio, su iš anksto nustatytomis komandomis ir atsakymais, kurie gali apsunkinti programinę įrangą Viršutinės ir sistemos mastelio keitimas.
Master kontroliuojamas ryšys	SPI sąrankoje pagrindinis įrenginys kontroliuoja visus ryšius, neturėdamas jokios gimtosios paramos tiesioginiam bendraamžiams Bendravimas tarp vergų prietaisų.Ši centralizuota kontrolė gali sukelti neveiksmingumas ir kliūtys, ypač sudėtingose ​​sistemose, kur keli Įrenginiai turi sąveikauti savarankiškai, neįtraukdami meistro.
Kelių SS eilučių valdymas	Tvarkyti kelių vergų pasirinkimo (SS) eilutes tampa sudėtingas, nes padidėja periferinių įrenginių skaičius.Kiekvienas vergo įrenginys SPI autobuse reikia unikalios SS linijos, kurią kontroliuoja meistras, apsunkinti pagrindinio įrenginio GPIO (bendrosios paskirties įvestis/išvestis) Konfigūracija ir programinė įranga.Ypač efektyviai valdyti šias linijas Sistemos mastelio keitimas įtraukiant daugiau prietaisų, gali padidinti dizainą ir Operatyvinė pridėtinė vertė.

Serijinės periferinės sąsajos (SPI) pritaikymas technologijoje

SPI lankstumas ir dideli duomenų perdavimo normos daro jį idealia įvairioms pramonės šakoms, pradedant jutiklių tinklais ir baigiant automobilių elektronika.Čia atidžiau pažvelkite į tai, kaip SPI naudojamas skirtinguose sektoriuose:

9 paveikslas: jutiklių tinklai

SPI įsikuria jutiklių tinkluose, ypač duomenų reikalaujančioje aplinkoje, tokioje kaip oro stotys.Tai leidžia greitai ir efektyviai keistis duomenimis tarp mikrovaldiklių ir jutiklių, kurie stebi temperatūrą, drėgmę ir atmosferos slėgį, leidžiantį realiojo laiko duomenų rinkimui ir apdorojimui.

10 paveikslas: Atminties įtaisai

Atminties saugykloje SPI plačiai naudojamas su „Flash“ atminties lustais ir EEPROM.Tai palaiko spartų duomenų skaitymą ir rašymą, leidžiančią įterptosioms sistemoms atlikti efektyvias duomenų saugojimo operacijas, o tai yra dinamiška programoms, kurioms reikia dažnai atnaujinti duomenų ar gauti.

11 paveikslas: Ekrano moduliai

Ekrano technologijos, tokios kaip LCD ir OLED plokštės, naudoja SPI duomenims gauti iš mikrovaldiklio.Tai leidžia dinamiškai atnaujinti ekrano turinį, kuris yra būtinas įrenginiams, kuriems reikalinga vartotojo sąveika ir vaizdiniai atsiliepimai, pavyzdžiui, skaitmeniniai laikrodžiai, MP3 grotuvai ir išmanieji nešiojamieji daiktai.

12 paveikslas: Ryšio moduliai

SPI sustiprina ryšių modulius, tokius kaip „Wi-Fi“, „Bluetooth“ ir RF siųstuvų siųstuvas.Tai suteikia galimybę šiems įrenginiams tvarkyti sudėtingus duomenų srautus, reikalingus belaidžio ryšio nuorodoms sukurti ir palaikyti, kurie yra neatsiejami nuo šiuolaikinių sujungtų įrenginių.

13 paveikslas: Variklio valdymas

Variklio valdymo programose SPI bendrauja su variklio vairuotojo IC, kad sureguliuotų tokius parametrus kaip greitis ir kryptis.Tai reikšminga robotikos, pramonės automatikos ir transporto priemonių sistemose, kai tikslus variklio valdymas daro tiesioginį poveikį našumui ir patikimumui.

14 paveikslas: garso sąsajos

Skaitmeninėms garso sistemoms SPI jungia mikrovaldiklius su garso kodekais arba skaitmeniniais ir analoginiais keitikliais (DAC), užtikrinant sklandų skaitmeninio garso transmisiją.

15 paveikslas: Pramoninės kontrolės sistemos

SPI palaiko pramoninių valdymo sistemas, susiejant programuojamus loginius valdiklius (PLC) su jutikliais ir pavara.Tai yra dinamiška pramoninių procesų stebėjimui ir kontrolei realiuoju laiku, padidinant veiklos efektyvumą ir saugumą.

16 paveikslas: Duomenų gavimo sistemos

Duomenų gavimo sistemose SPI sąsajos su analoginiais-skaitmeniniais keitikliais (ADC) ir skaitmeniniais ir analoginiuose keitikliuose (DAC), kad būtų galima tiksliai konvertuoti signalą.Tai naudinga programoms, kurioms reikia tiksliai stebėti ir valdyti fizinius procesus per skaitmenines sistemas.

17 paveikslas: Automobilių elektronika

Automobilių technologijose SPI suteikia galimybę susisiekti tarp mikrovaldiklių ir įvairių transporto priemonių posistemių, įskaitant jutiklius, pavaras ir elektroninius valdymo blokus (ECU).Ši integracija reikalinga variklio funkcijoms, diagnostikai ir pramogų sistemoms valdyti, prisidedant prie bendros šiuolaikinių transporto priemonių saugos ir funkcionalumo.

18 paveikslas: Įterptos sistemos

SPI paprastumas ir efektyvumas tampa idealus įterptosioms sistemoms, kai erdvės ir energijos efektyvumas dažnai yra apribojimai.Jos gebėjimas sklandžiai sąsajai su įvairiais periferiniais prietaisais palaiko plačiai naudojimą įterptomis programomis įvairiose pramonės šakose.

Išvada

Trumpai tariant, serijinės periferinės sąsajos (SPI) protokolas išsiskiria kaip būtinas įrankis elektroninėje ir skaičiavimo pramonėje, kurią lemia jo spartos duomenų perdavimo galimybės ir lanksčios konfigūracijos parinktys.Nuo paprastų jutiklių tinklų iki sudėtingų atminties ir komunikacijos užduočių, SPI architektūra patenka į platų programų spektrą, todėl tai yra pageidaujamas pasirinkimas dizaineriams, ieškantiems efektyvių, keičiamų ir patikimų duomenų ryšio sprendimų.Nors jis susiduria su tokiais iššūkiais kaip padidėjusios signalo linijos reikalavimai ir tikslaus pagrindinio valdomo ryšių būtinybė, SPI pranašumai, įskaitant jo paprastumą, susijusį su aparatinės įrangos reikalavimais ir sugebėjimą efektyviai valdyti kelis periferinius įrenginius, žymiai nusveria šiuos apribojimus.Kadangi elektroniniai prietaisai toliau vystosi siekiant didesnio sudėtingumo ir didesnių veiklos poreikių, SPI vaidmuo yra pasirengęs plėstis, dar labiau įterpti save kaip nesaugų komponentą kuriant novatoriškus technologijų sprendimus įvairiose pramonės šakose.Vykstantys SPI konfigūracijų patobulinimai, tokie kaip „Quad IO“ režimas, pabrėžia protokolo pritaikomumą ir galimybes patenkinti būsimus technologinius iššūkius, užtikrinant nuolatinį jo aktualumą ir naudingumą tobulinant skaitmeninės komunikacijos sistemas.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kokie yra 4 SPI protokolo režimai?

SPI protokolas veikia keturiais režimais, kurie išsiskiria pagal jų laikrodžio poliškumo (CPOL) ir laikrodžio fazės (CPHA) parametrus:

0 režimas (CPOL = 0, CPHA = 0): Laikrodis tuščiąja eiga žemai, o duomenys užfiksuojami ant kylančio laikrodžio krašto ir skleidžiamas ant krintančio krašto.

1 režimas (CPOL = 0, CPHA = 1): Laikrodis tuščiąja eiga yra žemai, tačiau duomenys užfiksuojami ant krintančio krašto ir skleidžiami kylančiame krašte.

2 režimas (CPOL = 1, CPHA = 0): Laikrodis tuščiąja eiga aukštai, kai duomenys užfiksuoti ant krintančio krašto ir skleidžiami kylančiame krašte.

3 režimas (CPOL = 1, CPHA = 1): Laikrodis tuščiąja eiga aukštai, o duomenys užfiksuojami kylančiame krašte ir skleidžiami ant krintančio krašto.

2. Koks yra SPI sąsajos formatas?

SPI sąsają paprastai sudaro keturios pagrindinės linijos:

„Master Out Slave In“ (MOSI): Linija, kurią pagrindinio įrenginio naudojama duomenims siųsti vergui.

„Master in Slave Out“ (miso): linija, per kurią vergas siunčia duomenis meistrui.

Laikrodis (SCK): Valdomas meistro, ši linija sinchronizuoja duomenų perdavimą.

Vergo pasirinkimas (SS): Ši linija, kurią lemia meistras, pasirenka aktyvų vergo įrenginį.

3. Kuo skiriasi Serial ir SPI?

Pagrindinis skirtumas tarp serijinio ryšio (pvz., UART) ir SPI yra jų konfigūracija ir sudėtingumas.Serijinis ryšys paprastai naudoja du laidus (perduoti ir priimti) ir nereikalauja laikrodžio linijos, nes duomenų sinchronizavimas yra įterptas į duomenų srautą.Priešingai, SPI yra į magistralę panaši struktūra su atskira laikrodžio linija (SCK) ir atskiros duomenų linijos, skirtos siųsti ir priimti (Mosi ir Miso).Tai daro SPI greičiau, tačiau reikalauja daugiau eilučių ir kruopščiai valdant vergų prietaisus su SS linija.

4. Kiek laidų naudojama SPI ryšyje?

SPI komunikacija naudoja keturis laidus:

Mosi („Master Out Slave In“)

Miso (meistras verge)

SCK (serijinis laikrodis)

SS (vergo pasirinkimas)

5. Kaip prijungti SPI įrenginius?

Norėdami prijungti SPI įrenginius, atlikite šiuos veiksmus:

Prijunkite „Master’s Mosi“ prie kiekvieno vergo Mosi.

Prijunkite „Master’s Miso“ prie kiekvieno vergo miso.

Prijunkite „Master's SCK“ prie kiekvieno vergo SCK.

Kiekvieno vergo SS PIN kodas turi būti individualiai prijungtas prie unikalios SS išvesties meistrui.

Žemės linijos turėtų būti įprastos tarp visų įrenginių, kad būtų užtikrintas signalo vientisumas.