教材：《32位数字信号控制器原理及应用》《DSP原理及应用》
Lecture3 GPIO
黄灿水
2015.3
一、GPIO模块概述
28027多达22个GPIO引脚
28027具有6个模拟I/O引脚
每个引脚都为多功能复用，通过复用寄存器设置 数字GPIO可通过方向寄存器设置数据传送方向 数字GPIO具有可控尖脉冲滤波功能
数字GPIO具有内部上拉电阻
二、GPIO配置步骤
步骤1：统一分配器件引脚，与外设引脚不要重叠步骤2：设置多功能复用寄存器选择引脚功能
步骤3：为数字GPIO引脚设置方向
步骤4：输入鉴定（滤波）设置
步骤5：使能或禁能内部上拉电阻
步骤6：选择低功率模式唤醒源（可选）
步骤7：选择外部中断源（可选）
三、GPIO寄存器-控制寄存器
名称大小寄存器描述
GPACTRL2GPIO A控制寄存器（GPIO0–GPIO31）
GPAQSEL12GPIO A尖脉冲滤波选择寄存器1（GPIO0–GPIO15）GPAQSEL22GPIO A尖脉冲滤波选择寄存器2（GPIO16–GPIO31）GPAMUX12GPIO A多功能复用寄存器1（GPIO0–GPIO15）GPAMUX22GPIO A多功能复用寄存器2（GPIO16–GPIO15）GPADIR2GPIO A方向寄存器（GPIO0–GPIO31）
GPAPUD2GPIO A上拉电阻禁止寄存器（GPIO0–GPIO31）GPBCTRL2GPIO B控制寄存器（GPIO32–GPIO38）GPBQSEL12GPIO B尖脉冲滤波选择寄存器1（GPIO32–GPIO38）GPBMUX12GPIO B多功能复用寄存器1（GPIO32–GPIO38）GPBDIR2GPIO B方向寄存器（GPIO32–GPIO38）
GPBPUD2GPIO B上拉电阻禁止寄存器（GPIO32–GPIO38）AIOMUX12模拟I/O多功能复用寄存器1（AIO0–AIO15）
AIODIR2模拟I/O方向寄存器（AIO0–AIO15）
三、GPIO寄存器-数据寄存器
名称大小寄存器描述
GPADAT2GPIO A数据寄存器（GPIO0–GPIO31）GPASET2GPIO A设置寄存器（GPIO0–GPIO31）GPACLEAR2GPIO A清除寄存器（GPIO0–GPIO31）GPATOGGLE2GPIO A翻转寄存器（GPIO0–GPIO31）GPBDAT2GPIO B数据寄存器（GPIO32–GPIO44）GPBSET2GPIO B设置寄存器（GPIO32–GPIO44）GPBCLEAR2GPIO B清除寄存器（GPIO32–GPIO44）GPBTOGGLE2GPIO B翻转寄存器（GPIO32–GPIO44）AIODAT2模拟I/O数据寄存器（AIO0–AIO15）AIOSET2模拟I/O设置寄存器（AIO0–AIO15）AIOCLEAR2模拟I/O清除寄存器（AIO0–AIO15）AIOTOGGLE2模拟I/O翻转寄存器（AIO0–AIO15
三、GPIO寄存器-中断和低功率模式选择
名称大小寄存器描述
GPIOXINT1SEL1XINT1源选择寄存器（GPIO0–GPIO31）GPIOXINT2SEL1XINT2源选择寄存器（GPIO0–GPIO31）GPIOXINT3SEL1XINT3源选择寄存器（GPIO0–GPIO31）GPIOLPMSEL1LPM唤醒源选择寄存器（GPIO0–GPIO31）
四、GPIO多功能复用-GPAMUX1
四、GPIO多功能复用-GPAMUX2
四、GPIO多功能复用-GPBMUX1
四、GPIO多功能复用-
AIOMUX1
五、GPIO数据传送方向-GPADIR
BITx：0 -将GPIO引脚配置作为输入。（默认）
1 -将GPIO引脚配置作为输出。
五、GPIO数据传送方向-GPBDIR
BITx：0 -将GPIO引脚配置作为输入。（默认）
1 -将GPIO引脚配置作为输出。
五、GPIO数据传送方向-AIODIR
BITx：0 -将GPIO引脚配置作为输入。（默认）
1 -将GPIO引脚配置作为输出。
六、GPIO尖脉冲滤波功能-GPAQSEL1
GPIOx：00 -与SYSCLKOUT同步，对外设和GPIO引脚都有效。
01 -3次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
10 -6次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
11 -异步。适用于只配置用作外设的引脚，作GPIO时同00。
六、GPIO尖脉冲滤波功能-GPAQSEL2
GPIOx：00 -与SYSCLKOUT同步，对外设和GPIO引脚都有效。
01 -3次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
10 -6次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
11 -异步。适用于只配置用作外设的引脚
配置用作一个GPIO输入时同00。
六、GPIO尖脉冲滤波功能-GPBQSEL1
GPIOx：00 -与SYSCLKOUT同步，对外设和GPIO引脚都有效。
01 -3次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
10 -6次采样，相邻两次采样时间在GPACTRL寄存器中指定
11 -异步。适用于只配置用作外设的引脚
配置用作一个GPIO输入时同00。
六、GPIO尖脉冲滤波功能-GPACTRL
QUALPRDx：指定引脚GPIO(8X) ~ GPIO(8X+7)采样周期0x00 -采样周期= T SYSCLKOUT
0x01 -采样周期= 2×T SYSCLKOUT
0x02 -采样周期= 4×T SYSCLKOUT
…
0xFF -采样周期= 510×T SYSCLKOUT
六、GPIO尖脉冲滤波功能-GPBCTRL
QUALPRD0：指定引脚GPIO32 ~ GPIO38采样周期0x00 -采样周期= T SYSCLKOUT
0x01 -采样周期= 2×T SYSCLKOUT
0x02 -采样周期= 4×T SYSCLKOUT
…
0xFF -采样周期= 510×T SYSCLKOUT
七、GPIO内部电阻上拉功能-GPAPUD
BITx：0 -使能内部上拉。（GPIO12 –GPIO31的默认状态）
1 -禁止内部上拉。（GPIO0 –GPIO11的默认状态）
七、GPIO内部电阻上拉功能-GPBPUD
BITx：0 -使能内部上拉。（默认状态）
1 -禁止内部上拉。
详解SPI总线规范 SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 SPI概述 SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行. SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCX X系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。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，比如AT91RM9200. SPI总线系统是一种同步串行外设接口，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。外围设置FLASH RAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线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，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。 （1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK –时钟信号，由主设备产生 （4）CS –从设备使能信号，由主设备控制 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。
一文了解SPI总线工作原理应用案例 一文了解SPI总线工作原理应用案例将微控制器连接到传感器，显示器或其他模块时，您是否考虑过两个设备之间如何通信?他们到底在说什么?他们如何能够相互理解? 电子设备之间的通信就像人类之间的通信，双方都需要说同一种语言。在电子学中，这些语言称为通信协议。幸运的是，在构建大多数DIY电子项目时，我们只需要了解一些通信协议。在本系列文章中，我们将讨论三种最常见协议的基础知识：串行外设接口(SPI)，内部集成电路(I2C)和通用异步接收器/发送器(UART)驱动通信。 首先，我们将从一些关于电子通信的基本概念开始，然后详细解释SPI的工作原理。 SPI，I2C和UART比USB，以太网，蓝牙和WiFi等协议慢得多，但它们更简单，使用的硬件和系统资源也更少。SPI，I2C和UART非常适用于微控制器之间以及微控制器和传感器之间的通信，在这些传感器中不需要传输大量高速数据。 串行与并行通信 电子设备通过物理连接在设备之间的导线发送数据位来相互通信，有点像一个字母中的字母，除了26个字母(英文字母表中)，一个位是二进制的，只能是1或0。通过电压的快速变化，位从一个设备传输到另一个设备。在工作电压为5V的系统中，0位作为0V的短脉冲通信，1位通过5V的短脉冲通信。 数据位可以并行或串行形式传输。在并行通信中，数据位是同时发送的，每个都通过单独的线路。下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的并行传输：
在串行通信中，通过单线逐个发送这些位。下图显示了二进制(01000011)中字母“C”的串行传输： 许多设备都采用了SPI通用通信协议。例如，SD卡模块，RFID读卡器模块和2.4GHz无线发送器/接收器都使用SPI 与微控制器通信。 SPI的一个独特优势是可以不间断地传输数据。可以连续流发送或接收任意数量的比特。使用I2C和UART，数据以数据包形式发送，限制为特定的位数。启动和停止条件定义每个数据包的开始和结束，因此数据在传输过程中会被 中断。
SPI总线知识小结 同步外设接口(SPI)是由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行总线，该总线大量用在与EEPROM、ADC、FRAM和显示驱动器之类的慢速外设器件通信。 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI 接口由SDI（串行数据输入），SDO（串行数据输出），SCK（串行移位时钟），CS（从使能信号）四种信号构成，CS 决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CS 信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。通讯时，数据由SDO 输出，SDI 输入，数据在时钟的上升或下降沿由SDO 输出，在紧接着的下降或上升沿由SDI 读入，这样经过8/16 次时钟的改变，完成8/16 位数据的传输。 SPI通信 该总线通信基于主-从配置。它有以下4个信号： MOSI:主出/从入 MISO:主入/从出 SCK:串行时钟 SS:从属选择 芯片上“从属选择”(slave-select)的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。 在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。 数据方向和通信速度 SPI传输串行数据时首先传输最高位。波特率可以高达5Mbps，具体速度大小取决于SPI硬件。例如，Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。 SPI总线接口及时序
SPI总线通俗易懂讲解 SPI总线 MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。传输的速率由时钟信号SCK决定，SI为数据输入、SO为数据输出。采用SPI总线的系统如图8-27所示，它包含了一个主片和多个从片，主片通过发出片选信号-CS来控制对哪个从片进行通信，当某个从片的-CS信号有效时，能通过SI接收指令、数据，并通过SO发回数据。而未被选中的从片的SO端处于高阻状态。 图8-27 SPI总线的系统 主片在访问某一从片时，必须使该从片的片选信号有效；主片在SCK信号的同步下，通过SI线发出指令、地址信息；如需将数据输出，则接着写指令，由SCK同步在SI线上发出数据；如需读回数据，则接着读指令，由主片发出SCK，从片根据SCK的节拍通过SO发回数据。 因而对具有SPI接口的从片器件来讲，SCK、SI是输入信号，SO是输出信号。SCK 用于主片和从片通信的同步。SI用于将信息传输到器件，输入的信息包括指令、地址和数据，指令、地址和数据的变化在SCK的低电平期间进行，并由SCK信号的上升沿锁存。
SO用于将信息从器件传出，传出的信息包括状态和数据，信息在SCK信号的下降沿移出。 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了SPI总线，该系列器件的性能如表8-2所示。 表8-2 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM 以25XX320为例，该器件是4K字节的E2PROM，结构如图8-28所示，接口信号为SCK、SI和SO，此外还具有-CS、-WP、-HOLD信号线。其中-CS为器件选中信号，当此信号为低电平时器件被选中，高电平时器件处于等待状态。 图8-28 25XX320的结构 与并行接口电路不同的是，在并行接口电路中对器件进行操作的控制信号，在串行接口电路中只能用指令实现，25XX320的操作指令有数据读指令、写操作的允许和禁止指令、
IIC vs SPI 现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见IIC (Inter- Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。 原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips（for IIC）和Motorola（for SPI）出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信 协议。 IIC 开发于1982年，当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更 简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一，而最初的嵌入系统是使 用内存映射（memory-mapped I/O）的方式来互联微控制器和外围设备的。 要实现内存映射，设备必须并联入微控制器的数据线和地址线，这种方式在 连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片，很不方便并且成本高。 为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片，使印刷电路板更简单， 成本更低，位于荷兰的Philips实验室开发了‘Inter-Integrated Circuit’，IIC 或 IIC ，一种只使用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线速度为100kbps。经历几次修订，主要是1995年的 400kbps，1998的3.4Mbps。 有迹象表明，SPI总线首次推出是在1979年，Motorola公司将SPI总 线集成在他们第一支改自68000微处理器的微控制器芯片上。SPI总线是微 控制器四线的外部总线（相对于内部总线）。与IIC不同，SPI没有明文标准，只是一种事实标准，对通信操作的实现只作一般的抽象描述，芯片厂商 与驱动开发者通过data sheets和application notes沟通实现上的细节。SPI 对于有经验的数字电子工程师来说，用SPI互联两支数字设备是相当直
SPI通信协议（SPI总线）学习 各位读友大家好！你有你的木棉，我有我的文章，为了你的木棉，应读我的文章！若为比翼双飞鸟，定是人间有情人！若读此篇优秀文，必成天上比翼鸟！ SPI通信协议（SPI总线）学习1、什么是SPI？SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。2、SPI优点支持全双工通信通信简单数据传输速率块3、缺点没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷。4、特点1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式2）：主从机通信模式5、协议通信时序详解1）：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。(1)SDO/MOSI –主设备数据输出，从设备数据输入;(2)SDI/MISO –主设备数据输入，从设备数据输出;(3)SCLK –时钟信号，由主设备产生;(4)CS/SS –从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。2）：需要说明的是，我们SPI通信有4种不同的模式，不
同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们主设备的通信模式，具体如下：Mode0：CPOL=0，CPHA=0Mode1：CPOL=0，CPHA=1Mode2：CPOL=1，CPHA=0Mode3：CPOL=1，CPHA=1时钟极性CPOL 是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿：CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿例如：CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK 处于低电平，数据发送是在第1个边沿，也就是SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第
SPI总线协议及SPI时序图详解 SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。 下面为一种情况例举： 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。 --------------------------------------------------- 脉冲主机sbuff 从机sbuff sdi sdo --------------------------------------------------- 0 00-0 10101010 01010101 0 0 --------------------------------------------------- 1 0--1 0101010x 10101011 0 1 1 1--0 0101010010101011 0 1 --------------------------------------------------- 2 0--1 1010100x 01010110 1 0 2 1--0 1010100101010110 1 0 --------------------------------------------------- 3 0--1 0101001x 10101101 0 1 3 1--0 0101001010101101 0 1 --------------------------------------------------- 4 0--1 1010010x 01011010 1 0 4 1--0 1010010101011010 1 0 --------------------------------------------------- 5 0--1 0100101x 10110101 0 1 5 1--0 0100101010110101 0 1 --------------------------------------------------- 6 0--1 1001010x 01101010 1 0 6 1--0 1001010101101010 1 0 --------------------------------------------------- 7 0--1 0010101x 11010101 0 1 7 1--0 0010101011010101 0 1 --------------------------------------------------- 8 0--1 0101010x 10101010 1 0 8 1--0 01010101 10101010 1 0 这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿，sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。 SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数
SPI是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。 假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 那么第一个上升沿来的时候数据将会是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，这样在8个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。 例子： 假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa，从机的sbuff=0x55，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据 这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候，从机可以把它拉底被动选为从机，作为从机的是时候，可以作为片选脚用。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来！！
SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。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，比如P89LPC900. SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，其工作模式有两种：主模式和从模式，无论那种模式，都支持 3Mbit/s的速率，并且还具有传输完成标志和写冲突保护标志。到目前为止，我使用过的具有SPI总线的器件，就是存储芯片Eprom：at25128，在使用过程中，发现的确是有这种总线的优点。下面以P89LPC900单片机的SPI总线来解释SPI总线的通用使用规则。 LPC900单片机的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO是主机的输入，从机的输出。/SS 是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。 SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。今以互为主从模式作为讲解： 要进行SPI互为主从操作，必须遵照以下步骤： 1 对A、B进行初始化，均设为主机（需要进行以下操作）。 a) SPI端口初始化为准双向。 b) SPCTL配置为0x50，SSIG=0，SPEN=1，MSTR=1。 c) 清除SPSTAT中的SPIF及WCOL标志位为0。
SPI总线协议及SPI时序图详解【转】 SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。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。 SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄 存器进行数据交换。 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对spi的8 个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。 --------------------------------------------------- 脉冲主机sbuff 从机sbuff sdi sdo --------------------------------------------------- 0 00-0 10101010 01010101 0 0 --------------------------------------------------- 1 0--1 0101010x 10101011 0 1 1 1--0 01010100 10101011 0 1 --------------------------------------------------- 2 0--1 1010100x 01010110 1 0 2 1--0 10101001 01010110 1 0 --------------------------------------------------- 3 0--1 0101001x 10101101 0 1 3 1--0 01010010 10101101 0 1 ---------------------------------------------------
SPI总线原理与应用篇《电子制作》2008年9月站长原创，如需引用请注明出处 大家好，通过以前的学习，我们已经对51单片机综合学习系统的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了使用IIC总线的基本知识，体会到了综合学习系统的易用性与易学性，这一期我们将一起学习SPI总线的基本原理与应用实例。 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI 总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。主体系统如图1所示，其配套书本教程《单片机快速入门》如图2所示。 图1 51单片机综合学习系统主机部分图片
图2 51单片机综合学习系统配套书本教程——《单片机快速入门》 上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，如图1所示，本期实验我们用到了综合系统主机、板载的AT93C46芯片，综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。 SPI总线简介 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 与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。外围设备包括FLASHRAM、A/ D 转换器、网络控制器、MCU 等。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。 SPI总线系统结构
SPI总线 MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。传输的速率由时钟信号SCK决定，SI为数据输入、SO为数据输出。采用SPI总线的系统如图8-27所示，它包含了一个主片和多个从片，主片通过发出片选信号-CS来控制对哪个从片进行通信，当某个从片的-CS信号有效时，能通过SI接收指令、数据，并通过SO发回数据。而未被选中的从片的SO端处于高阻状态。 图8-27 SPI总线的系统 主片在访问某一从片时，必须使该从片的片选信号有效；主片在SCK信号的同步下，通过SI线发出指令、地址信息；如需将数据输出，则接着写指令，由SCK同步在SI线上发出数据；如需读回数据，则接着读指令，由主片发出SCK，从片根据SCK的节拍通过SO发回数据。 因而对具有SPI接口的从片器件来讲，SCK、SI是输入信号，SO是输出信号。SCK用于主片和从片通信的同步。SI用于将信息传输到器件，输入的信息包括指令、地址和数据，指令、地址和数据的变化在SCK的低电平期间进行，并由SCK信号的上升沿锁存。SO用于将信息从器件传出，传出的信息包括状态和数据，信息在SCK信号的下降沿移出。 Microchip公司的25XX系列的串行E2PROM采用了SPI总线，该系列器件的性能如表8-2所示。 以25XX320为例，该器件是4K字节的E2PROM，结构如图8-28所示，接口信号为SCK、SI和SO，此外还具有-CS、-WP、-HOLD信号线。其中-CS为器件选中信号，当此信号为低电平时器件被选中，高电平时器件处于等待状态。 图8-28 25XX320的结构 与并行接口电路不同的是，在并行接口电路中对器件进行操作的控制信号，在串行接口电路中只能用指令实现，25XX320的操作指令有数据读指令、写操作的允许和禁止指令、写数据指令和状态寄存器的读写指令。在器件的内部有一个8位的指令寄存器，在SCK的上升沿，通过SI信号线，指令输入到上述寄存器并被执行。
SPI概述 SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行. SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。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，比如AT91RM9200. SPI总线系统是一种同步串行外设接口，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。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线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，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOST和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。 （1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK –时钟信号，由主设备产生 （4）CS –从设备使能信号，由主设备控制 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。 在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。 AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。
SPI总线协议及SPI时序图详解 SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。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。 SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。 假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa (10101010)，从机的sbuff=0x55 (01010101)，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍(假设上升沿发送数据)。 --------------------------------------------------- 脉冲主机sbuff 从机sbuff sdi sdo --------------------------------------------------- 0 00-0 10101010 01010101 0 0 --------------------------------------------------- 1 0--1 0101010x 10101011 0 1 1 1--0 01010100 10101011 0 1 --------------------------------------------------- 2 0--1 1010100x 01010110 1 0 2 1--0 10101001 01010110 1 0
SPI通信协议（SPI总线）学习 SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是Motorola 公司推出的一 种同步串行接口，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。 支持全双工通信 通信简单 数据传输速率块 没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据 可靠性上有一定的缺陷。 1）：高速、同步、全双工、非差分、总线式 2）：主从机通信模式
1）：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多 个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共 有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。 (1)SDO/MOSI –主设备数据输出，从设备数据输入; (2)SDI/MISO –主设备数据输入，从设备数据输出; (3)SCLK –时钟信号，由主设备产生; (4)CS/SS –从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设 备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时将需
2）：需要说明的是，我们SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配 置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们 可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来 控制我们主设备的通信模式，具体如下： Mode0：CPOL=0，CPHA=0 Mode1：CPOL=0，CPHA=1 Mode2：CPOL=1，CPHA=0 Mode3：CPOL=1，CPHA=1 时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA
SPI总线总共有四种工作方式： (1) SPI0: CPOL = 0; CPHA = 0; (2) SPI1: CPOL = 0; CPHA = 1; (3) SPI2: CPOL = 1; CPHA = 0; (4) SPI3: CPOL = 1; CPHA = 1; CPOL定义了时钟空闲状态的电平， CPOL = 0; 时钟空闲状态为低电平 CPOL = 1; 时钟空闲状态为高电平 时钟相位（CPHA）定义数据的采样时间（采样就是指主机对数据的接收） CPHA = 0; 在时钟的第一个跳边沿进行数据采样 CPHA = 1; 在时钟的第二个跳边沿进行数据采样 XPT2046芯片采用SPI3工作方式 但是具体的工作时序还得参照芯片的工作手册，此芯片虽然是SPI3工作方式，但是其时钟空闲状态仍为低电平。上升沿发送数据，下降沿接收数据（采样），与下表并不相符 51单片机内部并没有SPI总线，驱动XPT2046时采用软件模拟的方式，理论上，
SPI总线传输过程中主机和从机为数据交换，也就是两个移位寄存器之间的数据进行了交换，但是在51单片机实际工作中软件模拟把接收（采样）和发送数据分隔开来，并非同步进行，具体请看实际例程： 以下为51单片机驱动XPT芯片的读写单个字节的子程序： void writecom(uchar com) { uchar temp, i; temp = com; for (i=0; i<8; ++i) { temp = temp<<1; dclk = 0; delay(); din = CY; delay(); dclk = 1; delay(); //j = dout;//若再定义一个j变量，加上此语句可以对从机也就是 //XPT2046芯片交换的数据进行采样（接收），不过此时 //应该为垃圾数据，一般我们把采样和输出数据分成两 //个子函数分别进行（此处为我个人见解）} delay(); delay(); dclk = 0;//发送完一个字节，BUSY会有一个高电平脉冲，所以时钟线 delay(); //接着发送一个时钟周期来清除BUSY线的忙区 dclk = 1; delay(); dclk = 0; delay(); } uint readdata() { uint date; uchar i, j; date = 0; dclk = 0; for (i=0; i<12; i++) { dclk = 1; delay();
关于IIC和SPI总线(精辟) IICvs SPI 现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见IIC (Inter-Integrated Circuit) 和SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips（for IIC）和Motorola（for SPI）出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信协议。 IIC 开发于1982年，当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一，而最初的嵌入系统是使用内存映射（memory-mapped I/O）的方式来互联微控制器和外围设备的。要实现内存映射，设备必须并联入微控制器的数据线和地址线，这种方式在连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片，很不方便并且成本高。 为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片，使印刷电路板更简单，成本更低，位于荷兰的Philips实验室开发了'Inter-Integrated Circuit’，IIC 或IIC ，一种只使用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线
速度为100kbps。经历几次修订，主要是1995年的400kbps，1998的3.4Mbps。 有迹象表明，SPI总线首次推出是在1979年，Motorola公司将SPI总线集成在他们第一支改自68000微处理器的微控制器芯片上。SPI总线是微控制器四线的外部总线（相对于内部总线）。与IIC不同，SPI没有明文标准，只是一种事实标准，对通信操作的实现只作一般的抽象描述，芯片厂商与驱动开发者通过data sheets和application notes沟通实现上的细节。 SPI 对于有经验的数字电子工程师来说，用SPI互联两支数字设备是相当直观的。SPI是种四根信号线协议（如图）：§SCLK: Serial Clock (output from master); §MOSI; SIMO: Master Output, Slave Input(output from master); §MISO; SOMI: Master Input, Slave Output(output from slave);