spi串行外設(shè)接口是一個(gè)全雙工、同步及串行數(shù)據(jù)通信接口，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微處理器、微控制器和外設(shè)中，它允許在處理器與外設(shè)或處理器之間進(jìn)行通信。spi系統(tǒng)很靈活，可以與許多通用外設(shè)接口。本節(jié)描述的是在coolrunner-ii cpld中實(shí)現(xiàn)一個(gè)spi主控制器，通過它可以為不具有spi主控制器的處理器(如8051)增加一個(gè)spi接口，以方便連接其他spi設(shè)備。如圖1所示為此設(shè)計(jì)的頂層框圖。此控制器中的微控制器選用了一款被廣泛應(yīng)用，卻不具有spi接口的8051。此設(shè)計(jì)經(jīng)過修改，可以應(yīng)用于其他處理器中。

　　如圖1 spi主設(shè)備頂層框圖

　　spi包括4根線，分別是串行時(shí)鐘sck、主出從入線mosi、主入從出線miso和從片選線ss n。sck線由主spi驅(qū)動(dòng)，并控制數(shù)據(jù)位流。主spi可以以多種波特率發(fā)送數(shù)據(jù)，在sck線邊沿，數(shù)據(jù)發(fā)送一位�？梢允窃趕ck上升沿，也可以是在sck下降沿。sck有4種頻率，用一個(gè)邊沿發(fā)送數(shù)據(jù)，用另一個(gè)邊沿接收數(shù)據(jù)。所有spi設(shè)備的sck、mosi和miso都被連接在一起，但僅有一個(gè)被配置為主spi，其他設(shè)備都為從spi。

　　ss_n控制線片選從spi，沒有被選中的從spi設(shè)備會(huì)忽略sck信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)miso為高阻狀態(tài)。連接到主spi的ss_in_n線，為spi總線爭奪標(biāo)志線。它有效時(shí)，表明有其他spi設(shè)備申請(qǐng)總線控制。sck的相位和極性可以配置，cpol為時(shí)鐘極性選擇信號(hào)，當(dāng)cpol=“0”，idle狀態(tài)時(shí)sck=“0”；當(dāng)cpol=“1”，idle狀態(tài)時(shí)sck=“1”。cpha為時(shí)鐘相位選擇信號(hào)，當(dāng)cpha＝“0”，數(shù)據(jù)在第1個(gè)sck邊沿有效；當(dāng)cpha＝“1”，數(shù)據(jù)在第2個(gè)sck邊沿有效，時(shí)鐘極性和相位對(duì)于主從spi來說應(yīng)該保持一致。

　　以主spi為例，當(dāng)主從spi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，一個(gè)8位數(shù)據(jù)mosi引腳移位輸出。同時(shí)，另一個(gè)不同的8位數(shù)據(jù)在m［so引腳移入。相當(dāng)于主spi有一個(gè)8位的移位寄存器，從spi也有一個(gè)8位的移位寄存器，這兩個(gè)寄存器連接在一起形成一個(gè)環(huán)形16位移位寄存器。對(duì)于一次完整的通信，16位移位寄存器移8個(gè)位置。這樣一來，主從spi的8位數(shù)據(jù)完成一次交換，即完成一次通信。
spi協(xié)議描述了spi總線上的字節(jié)傳輸時(shí)序和波形，但是并沒有規(guī)定數(shù)據(jù)通信協(xié)議，如未指定第1個(gè)字節(jié)包含地址或讀／寫命令。如此一來，在具體的應(yīng)用中要清楚數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的通信協(xié)議。在本設(shè)計(jì)中，cpld實(shí)現(xiàn)的主spi設(shè)備，也沒有規(guī)定具體的通信協(xié)議，這個(gè)協(xié)議可以通過8051微控制器中的軟件解決。

　　如圖2和如圖3所示分別為spi數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序，圖中的ss_n在傳輸過程中保持有效。

　　如圖2 cpha=0時(shí)spi總線上數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序

　　如圖3 cpha=1時(shí)spi總線上數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序

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