I2C和SPI总线以及通信
通讯属性 概括
- Serial/parallel 串行/并行
- Synchronous/asynchronous 同步/异步
- Point-to-point / bus 点对点 总线
- Half-duplex/full-duplex 半双工/全双工
- Master-slave/ equal partners 主从/对等
- single-ending / differential 单端/差分
点对点和总线
- 点对点通讯
只有两个通讯点 only two comunication partners
没有地址请求 no addressing required - 总线通讯
若干个通信点 several communication partners
地址请求 addressing required
同步（Synchronous）和异步（Asynchronous)
- 同步
时钟接收者和时钟发送者共享一个时钟。 Clock of receiver is linker to clock of sender
快速通信。Fast communication - 异步
约定好通信速率 进行通讯。independent clocks for sender and receiver
Receiver knows the transmission speed in advance
Requires packet frame with start/stop bit
Normally an over-samping scheme is required
Communication is slower
Half duplex 半双工和Full duplex 全双工
- 半双工
只有一个通信通道。需要进行发送和接收的时候占用通道。不用的时候，应当释放信道。你发我听， 我发你听。 - 全双工
双方都可以通信。
对等(Equal partners)和 主从（Master-slave）方式
- 对等
any node may transmit if medium(媒介) is free。
Arbitration(仲裁) is required 需要仲裁 - 主从
主从设备之间没有对等的权利
只有主设备可以开始通信。Only master can start a communication.
Slave get permission to communicate form master.
e.g. USB鼠标和PC的主从通信。PC作为通信的host，USB作为通信的device。鼠标和PC的通讯时，PC按照一定的频率去读取鼠标的中断方式的通讯信息。
通信信号区分
- Single-ended 单端信号
以单线的电平高低判断信号 - differential 差分信号
用两根双绞线传递这两个差模（差分）的信号。承载差模信号的数字信号0或者1的判断，是以两根线的信号的差值来判断。
iic简介
IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是两线式串行总线，用于连接MCU和外设。由数据线SDA和时钟线SCL构成串行总线，可发送和接受数据。高速IIC总线速率可达400Kbps以上。
I2C总线在传送数据过程中分三种类型信号
| 信号 | SCL | SDA | |
|---|---|---|---|
| 开始信号 | 高 | 由高变低 | 开始传送数据 |
| 结束信号 | 高 | 由低变高 | 结束传送数据，可不要 |
| 应答信号 | 接收ic向发送ic发出特定的低电平，表示己收到数据 |
IIC总线时序图
spi简介
SPI（Seial Peripheral interface)串行外围设备接口。SPI(Serial Peripheral Interface) 同步串行通讯方式，适用于短距离通讯。
可用接各种外设和芯片。e.g. ADC/RTC/LCD/ROM/DAC/Sensor。
SPI是一种高速的，全双工、同步的通信总线。
spi是4线同步串行通讯接口。实现SPI的主从设备还要第5根线GND。
SPI的特点
- 串行接口 Serial Interface
- 同步 Synchronous
- 主从配置 Master-slave configuration
- 数据交换-DMA/PIO Date Exchange
- 全双工 Full duplex operation（一主）
- 灵活的时钟极性/相位格式 Flexible clock polarity/phase format
- 4到16位的可变字节帧
- 总线竞争保护
spi内部简明图
从上图看，SPI有4个线通信
| 引脚 | 描述 |
|---|---|
| MOSI(Master Out Slave In) | 主出从入，主设备发送到从设备的信号 |
| MISO(Master IN slave OUT) | 主入从出。从设备发送到主设备的信号 |
| SCK | serial clock,由主设备控制产生的SPI工作时钟，每个SCK周期完成一个bit的传输。SCK信号必须干净，有毛刺会带来严重的干扰 |
| SS/CS | Slave/Chip Select，从设备选择端，当从设备收到该段为低电平时，设备有效；对于主设备，该端平时为高电平，可以用于在有效传输周期内给出低电平选通。 |
spi工作方式
spi模块要与外设进行数据交互，需要配置串行同步时钟极性和相位在相同的工作模式。
CPOL时钟极性
| CPOL | 描述 |
|---|---|
| 0 | 串行同步时钟的空闲状态为低电平 |
| 1 | 串行同步时钟的空闲状态为高电平 |
CPHA时钟相位可选择2种传输协议
| CPHA | 描述 |
|---|---|
| 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 |
| 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 |
工作流程
SS片选信号拉低（或拉高）–> 主从机双方准备传递信息，MISO MOSI引脚开始把数据准备好 --> 当时钟的第一个边沿出现时（上升沿或下降沿），开始观察各自的输入引脚进行bit采样 --> 当时钟出现第二边沿时，主从机驱动自己的输出引脚准备发送第二个bit。
传输时序
主模式
- 控制整个传输过程
- 通过SS信号选择对应的通信从节点
- 决定SCK波特率，相位，极性
- 产生SCK时钟信号
- 驱动MOSI信号
- 采用MISO信号
- CPU通过向SPIx_D写入数据来启动一次传输过程
从模式 Slave mode
- 响应主节点的信号
- 当SS信号被选通时才激活
- 根据预先约定的相位/极性来检测SCK
- 按照主机的通信速度驱动MISO信号
- 采样MOSI信号
注意点 Point to notice
- 通常，SPI是点对点结构的
- 必须预先约定SCK时钟的相位/极性和数据帧位数
- 从节点的CPU需要在数据帧开始前 将待发数据准备好并写入SPIx_D
- SCK信号必须干净不能有毛刺 SCK保证主从机都能接收的范围