Интерфейс SPI в Arduino

Для эффективного, но простого обмена данными между микроконтроллером и периферийными устройствами разработана шина SPI. Она была разработана инженерами компании Motorola и прекрасно зарекомендовала себя в работе с Arduino.

Шина представляет собой периферийный последовательный интерфейс, предназначенный для работы с одним ведущим и несколькими ведомыми устройствами.

Для обмена информацией SPI использует четыре линии:

• тактовый сигнал от ведущего устройства Serial Clock (сокращенно SCK, SCLK или CLK), подключаемый к 13-му пину Arduino;
• линия выбора ведомого Slave Select, подключаемая к 10-му пину Arduino. Используются следующие сокращения и обозначения: SS, STE, CS, CSN, nCS, nSS. CSB;
• передача данных от ведомого устройства к ведущему устройству MISO, подключаемая к 12-му пину. Используемые сокращения – SO, SDO и DO;
• линия данных от ведущего устройства к ведомому MOSI, подключаемая к 11-му пину Arduino, имеющая обозначения SI, SDI, DI.

Линия SS у каждого подключаемого устройства традиционно своя, но при необходимости  существует возможность подключения ведомых каскадом к одной Slave Select.

Шина SPI способна передавать информацию сразу в двух направлениях, стандартная скорость обмена данными от 1 до 50 МГц. Встретить это изделие инженеров Motorola можно в профессиональных и бытовых электронных устройствах от датчиков разного назначения до радиомодулей.

 

Такое широкое распространение SPI получила в силу своего элементарного и надежного устройства, простому алгоритму передачи данных.

Последовательность действий при работе шины следующая:

1. На линии SS ведущим устройством задается низкий уровень.
2. Изменяемый тактовый сигнал задается ведущим устройством по линии Serial Clock, при этом каждое изменение выставляет требуемый уровень на линии MOSI, передавая с каждым тактом по одному биту ведомому устройству.
3. Ведомое устройство передает бит информации за такт по линии SCLK, выставляя необходимые уровень по линии MISO.

Завершается передача информации установкой на линии SS максимального уровня.

В зависимости от фазы синхронизации (CPHA) и тактового сигнала (CPOL) шина последовательного интерфейса может работать в четырех режимах обмена информацией.

Высокий уровень на тактовой лини в начале и при завершении передачи – 1, а низкий уровень – 0. Соответственно режимы имеют следующую конфигурацию:

1. фаза синхронизации = 1, тактовый сигнал = 0, считывание бита идет на спаде от 1 к 0, а запись при переходе от 0 к 1.
2. фаза синхронизации = 0, тактовый сигнал = 0, считывание бита идет при переходе от 0 к 1 на фронте CPOL, а запись при переходе от 1 к 0.
3. фаза синхронизации = 0, тактовый сигнал = 1, считывание бита идет на спаде от 1 к 0, а запись при переходе от 0 к 1.
4. фаза синхронизации = 1, тактовый сигнал = 1, считывание бита идет при переходе от 0 к 1 на фронте CPOL, а запись при переходе от 1 к 0.

По умолчанию, данные для Arduino передаются старшим битом вперед, но могут и наоборот – передаваться вперед и младшим битом . Эта специфика отражается в документации микроконтроллера.

Библиотека SPI характеризуется небольшим количеством используемых функций. Она использует для работы с Arduino возможности AVR и делает это в режиме ведущего устройства.

К основным функция библиотеки относятся:

Также схемотехникам доступны функции программной передачи данных, позволяющие использовать различные пины Arduino в роли линий шины, но их необходимо самостоятельно настраивать.