Глава 9. Интерфейсная шина SPI
Интерфейсная
Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:
• плата Arduino Uno;
• USB-кабель В (для Uno );
• 1 красный светодиод;
• 1 желтый светодиод;
• 1 зеленый светодиод;
• 1 синий светодиод;
• 4 резистора номиналом 100 Ом;
• 2 резистора номиналом 4,7 кОм;
• динамик;
• цифровой SPI потенциометр МСР4231;
• перемычки;
• макетная плата.
На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch9 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.
Вы уже знакомы с двумя интерфейсами связи, используемыми платой Arduino: шиной I2C и последовательной шиной UART. В этой главе вы узнаете о третьем интерфейсе цифровой связи, поддерживаемом аппаратными средствами Arduino, о последовательной шине периферийного интерфейса (или SPI).
В отличие от I2C, шина SPI имеет отдельные линии для отправки и получения данных, а также дополнительную линию для выбора ведомого устройства. Это требует
- 187 -
наличия дополнительных выводов, но устраняет проблему адресации ведомого устройства. SPI-интерфейс, по сравнению с более высокой скорости. Далее мы рассмотрим встроенную в Arduino IDE библиотеку SPI и аппаратные средства платы Arduino для подключения цифрового потенциометра. С помощью цифрового потенциометра будем регулировать яркость светодиода и громкость динамика, что позволит создать простое устройство, формирующее световые и звуковые эффекты.
ПРИМЕЧАНИЕ
Вы можете шаг за шагом посмотреть демонстрационный видеоурок к главе, расположенный по адресу http://www.jeremyblum.com/2011/02/2011/02/20/ardulno-tutorial-8-spl-lnterfaces[11]. Этот видеоурок также доступен на сайте издательства Wiley.
9.1. Общие сведения о протоколе SPI
Интерфейс SPI, разработанный компанией "Моторола", представляет собой полнодуплексный последовательный стандарт связи, который поддерживает одновременный двунаправленный обмен данными между ведущим устройством (мастером)
и одним или несколькими подчиненными. Поскольку протокол SPI не имеет формального стандарта, работа различных устройств SPI может немного отличаться (например, различно число передаваемых в пакете битов или может отсутствовать линия выбора ведомого устройства). Далее рассмотрим общепринятые команды SPI, которые поддерживаются в Arduino IDE.
ВНИМАНИЕ!
Так как техническая реализация протокола SPI может быть разной, необходимо изучать техническое описание, прилагаемое к каждому устройству.
В зависимости от требований конкретного устройства существуют четыре основных способа реализации протокола SPI. SPI-устройства выступают при обмене в качестве подчиненных синхронных устройств, данные синхронизируются с тактовым сигналом (SCLK). Подчиненное устройство может воспринимать данные либо по положительному, либо по отрицательному фронту тактового сигнала (так называемая фаза синхронизации), а активное состояние SCLK по умолчанию может быть высоким или низким уровнем (так называемая полярность синхронизации).
В итоге получается, что обмен SPI в общей сложности можно настроить четырьмя способами (табл. 9.1).
Таблица 9.1. Режимы SP/ в Arduino IDE
|
No |
Режим SPI |
Полярность синхронизации |
Фаза синхронизации |
|
1 |
Mode O |
LOW |
По фронту синхросигнала |
|
2 |
Mode 1 |
LOW |
По спаду синхросигнала |
- 188 -
Таблица 9.1 (окончание)
|
No |
Режим SPI |
Полярность синхронизации |
Фаза синхронизации |
|
3 |
Mode 2 |
HIGH |
По спаду синхросигнала |
|
4 |
Mode 3 |
HIGH |
По фронту синхросигнала |
9.2. Подключение устройств SPI
Систему обмена данными через SPI несложно настроить. Для связи между мастером и всеми подчиненными устройствами используется три вывода:
• последовательный сигнал синхронизации (SCLK);
• выход ведущего, вход ведомого (MOSI);
• вход ведущего, выход ведомого (MISO).
У каждого ведомого устройства также есть контакт выбора данного устройства (контакт SS). Следовательно, общее число портов ввода-вывода, необходимых на мастер-устройстве, всегда будет 3+n, где n - число ведомых устройств. Пример SPI-системы с двумя ведомыми устройствами изображен на рис. 9.1.