串行外围接口SPI功能模块的设计

文章摘要： 摘 要：串行外设接口SPI是现在很流行的一种同步串行接口，可用于与其他外设或者单片机进行通信。根据SPI总线性能特点，给出了SPI总线的数据传输规范，设计了一种SPI的IP功能模块，并成功应用到监控系统SOC芯片中。1 引 言SPI(Serial Peripheral Interface)串行外围接口是一种3线同步串行全双工通信接口，它具有电路简单，速度陕，通信可靠等优点，近年来大量的新型器件如LCD模块、FLASH、EEPROM存储器、数据输入输出设备都采用了SPI接口，新型的单片机一般都已将SPI接口控制器集成在单片机内部，这样能够大大降低软件的工作量。由于SPI系统总线一共只需3

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    摘 要：串行外设接口SPI是现在很流行的一种同步串行接口，可用于与其他外设或者单片机进行通信。根据SPI总线性能特点，给出了SPI总线的数据传输规范，设计了一种SPI的IP功能模块，并成功应用到监控系统SOC芯片中。

　　1 引 言

　　SPI(Serial Peripheral Interface)串行外围接口是一种3线同步串行全双工通信接口，它具有电路简单，速度陕，通信可靠等优点，近年来大量的新型器件如LCD模块、FLASH、EEPROM存储器、数据输入输出设备都采用了SPI接口，新型的单片机一般都已将SPI接口控制器集成在单片机内部，这样能够大大降低软件的工作量。

　　由于SPI系统总线一共只需3～4位数据线和控制线即可实现与具有SPI总线接口功能的各种I／O器件进行接口，而扩展并行总线则需要8根数据线、8—16位地址线、2～3位控制线，因此，采用SPI总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和I／0口线，提高设计的可靠性，使用SPI总线可以增加应用系统接口器件的种类，提高应用系统的性能。

　　2 SPI模块的接口信号、时序要求及工作模式

　　2．1 内部总线接口

　　在本设计中，内部总线接口采用的是AMBA总线3．0协议，具有较好的可移植性和可复用性。SPI是APB总线上的Slave模块。APB总线的时序完全遵照(ABMA Specification)(Rev 3．0)。因此此SPI模块支持3种DMA操作，除了标准信号线外，还有3根与DMA模块连接的中断请求信号线。

　　2．2 SPI总线接口及时序

　　SPI串行接口使用4条线可与多种标准外围器件直接接口：串行时钟线SCLK，主机输入／从机输出数据线MISO，主机输出／从机输人数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SSN。SCLK是主机时钟线，为MISO数据的发送和接收提供同步时钟信号。

　　在正常工作的时候，主机的4个引脚应和从机对应的4个引脚分别相连。

　　SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设的工作要求，其输出串行同步时钟的极性和相位可以进行配置，时钟的极性(CPOL)对传输的协议没有重大影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；相反，如果CPOL=l，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。

　　如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设时钟相位和极性应该一致。SPI接口时序如图1、图2所示。

 
 

图1 CPOL=0 CPHA =0

 
 

图2 CPOL=0 CPHA=1