SPI总线

只看该作者 · 2013-11-11 20:35

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

型号	25XX040	25XX080	25XX160	25XX320
容量	4K （512 X 8bit）	8K (1024 X 8bit)	16K (4096 X 8bit)	32K (4096 X 8bit)
地址信号	A0~A8	A0~A9	A0~A10	A0~A11

　　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。
表8-3 25系列串行存储器的指令

指令名称	指令格式	描述
READ	00000011	从选定的地址开始读存储器数据
WRITE	00000010	从选定的地址开始写存储器数据
WRDI	00000100	禁止写操作
WREN	00000110	允许写操作
RDSR	00000101	读状态寄存器
WRSR	00000001	写状态寄存器

　　器件的读操作时序如图8-29所示。当-CS信号有效时，在SCK信号的同步下，8位的读指令送入器件，接着送入16位地址（由于25XX320只使用地址信号 A0~A11，地址的高4位无效）。在读指令和地址发出后，SCK继续发出时钟信号，此时存储在该地址的数据由SCK控制从SO引脚移出。在每个数据移出后，内部的地址指针自动加1，如继续对器件发送SCK信号，可读出下一个数据。当地址指针计到0FFFH之后，将回到0000H。读操作的结束由-CS信号变高实现。

图8-29 25系列串行存储器的读时序

　　25XX系列的串行EEPROM的写操作通过写允许及禁止指令控制，写操作必须在器件处于写允许状态时进行。
　　写允许及禁止指令均为8位的指令，指令的操作过程为：将-CS信号置为低电平，在SCK信号的作用下，通过SI引脚输入上述指令，在8位的指令送入器件之后，将-CS信号置为高电平，使器件锁存于写允许或写禁止状态。如在输入写允许指令后未将-CS信号置为高电平，则写允许状态未锁存，此时如直接进行写操作，数据将不能写入存储器。在上电、写禁止指令、写状态寄存器指令、写数据指令执行之后，器件的写允许状态将被复位，即处于写禁止状态。
　　写操作通常在写允许指令之后进行，其时序如图8-30所示。在写允许状态锁存后，将-CS变高；再将-CS变低，在SCK的同步下输入写操作指令并送入16位地址，紧接着发送需写入的数据，写入的数据一次最多可达32个，但必须保证在同一页内。一页数据的地址从XXXX XXXX XXX0 0000 开始，到XXXX XXXX XXX1 1111结束，当内部的地址指针计数器达到XXXX XXXX XXX1 1111后，继续发送时钟信号将使地址计数器回复到该页的第一个地址，即XXXX XXXX XXX0 0000H。

图8-30 25系列串行存储器的写时序

　　为了使数据有效写入，-CS信号只能在写入数据的最后一个字节的最低位写入后变高。如-CS信号在其他时间变高，将无法保证数据的完整写入。在写操作的过程中，能通过读状态指令将状态寄存器的内容读回，当写操作完成后，写允许锁存状态将被复位。