Последовательный периферийный интерфейс SPI

Последовательный периферийный интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface) предназначен для связи МК с периферийными устройствами МП- системы, основой которой он является. Часто эти устройства расположены на одной плате с МК, реже – это вынесенные пульты управления, индикаторные панели и т.п. В качестве периферийных устройств могут использоваться сложные периферийные ИС со встроенными контроллерами управления, такие, как ЦАП, АЦП с цифровой фильтрацией, последовательные запоминающие устройства типа FLASH или EEPROM, энергонезависимые ОЗУ и т.д. Рынок периферийных компонентов с интерфейсом, поддерживающим один из протоколов обмена SPI, очень широк.

Рис. Структурная схема сопряжения МК и двух периферийных устройств.

 

В рассматриваемом примере МК является ведущим устройством, он инициирует обмен при передаче информации между МК и одной из периферийных ИС. Каждая из периферийных ИС является ведомым устройством. SPI-шина представлена тремя общими линиями связи (MISO, MOSI, SCK) и двумя линиями выбора ведомого устройства (SS1, SS2), которые индивидуальны для каждой периферийной ИС:

MOSI – линия передачи данных от ведущего к ведомому (Master Output Slave Input).

MISO – линия передачи данных от ведомого к ведущему (Master Input Slave Output).

SCK – линия сигнала стробирования данных.

SS1 и SS2 – линии сигналов выбора ведомого устройства.

 

Из структурной схемы видно, что минисеть на основе интерфейса SPI относится к классу магистрально-радиальных. Линии передачи данных и линия синхронизации являются примером магистральной организации, а линии выбора ведомого устройства – элементом системы радиального типа. Перед началом обмена ведущее устройство отмечает одно ведомое устройство, с которым будет производиться обмен. Для этого на линии выбора устройства SS_i устанавливается низкий активный уровень сигнала. Затем ведущее устройство последовательно выставляет на линию MOSI восемь бит информации, сопровождая каждый бит сигналом синхронизации SCK. Ведомое устройство дешифрирует переданный байт информации и определяет, в каком направлении будет производиться дальнейший обмен. Если ведомое устройство должно принимать информацию, то ведущее устройство, не снимая сигнала выбора ведомого SSi, продолжит передачу по линии MOSI. Если ведомое устройство должно передавать информацию, то оно активизирует линию MISO и в ответ на каждый импульс синхронизации от ведущего будет выставлять один бит информации. Длина посылки обмена в общем случае не ограничена и может составлять даже не целое число байтов. Завершение обмена также инициируется ведущим МК установкой в неактивное состояние сигнала выбора ведомого SSi.

Рис. Схема связи двух МК по интерфейсу SPI

 

Т.к. интерфейс образован однонаправленными линиями, то очень просто организовать гальваническую развязку для каждого устройства системы при использовании оптронов.

Скорость обмена устанавливается программно. Максимальная скорость обмена в ведущем режиме не может превышать F_такт/2, в ведомом – F_такт.

USВ (UniversalSerialBus) – последовательная шина для подключения периферийных устройств с умеренным быстродействием (до 12 Мбит/с) к ПК типа IBMPC с максимальной длиной сегмента до 5 м. Число подключаемых периферийных устройств - до 127.

Универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus) является еще одним последовательным интерфейсом. Шина USB позволяет последовательное подсоединение до 127 устройств (вы можете подключать устройство к устройству, если производитель устройства предусмотрел такую возможность). Как и в случае с IEEE, поддерживается «горячее» отключение/подключение устройств, то есть вам для подключения/отключения устройства не нужно выключать питание компьютера. Более того, как и в случае с IEEE, устройства могут получать питание по шине USB, что позволяет обходиться без дополнительных блоков питания.

Шина USB появилась в январе 1996 года – тогда была анонсирована версия USB 1.0. Два года спустя, в 1998 году, появилась шина USB 1.1. Практически все устройства версии 1.0 совместимы с USB 1.1, и наоборот – просто изменения были незначительные.Шина USB 2.0 появилась в 2003 году. Она обратно совместима с версиями 1.0 и 1.1. Это означает, что к шине USB 2.0 можно подключить устройства версии 1.0 и 1.1.

Шина USB 1.1 может работать в двух режимах: в низкоскоростном и высокоскоростном. В первом скорость обмена составляет 1,5 Мбит/с, во втором – 12 Мбит/с.

Подключение USB-устройств.
На задней стенке системного блока обычно можно обнаружить четыре USB-порта (иногда 6 или даже 8). Данные порты (рис. 10.3) принадлежат к корневым концентраторам USB. У каждого корневого концентратора есть два USB-порта. Теперь о разъемах USB. Разъемы, имеющиеся на задней стенке системного блока (самые обычные USB-разъемы), называются USB типа А. Кабель для разъема типа А изображен на рис.Разъем и кабель типа B изображены на рис. 10.8. Обычно разъем типа B используется на периферийных устройствах (принтерах, сканерах). USB-кабель для подключения периферийного устройства к компьютеру (рис. 10.9) оснащен разъемом типа B (для подклю че-ния к прин теру/сканеру) и разъемом типа A (для подключения к компьютеру).

Кроме разъемов типа A и B, есть еще мини-разъем, который так и называется – mini-USB (рис. 10.10). Обычно он используется для подсоединения USB-кабеля к цифровому фотоаппарату, мобильному телефону. При этом один конец кабеля – mini-USB, а второй – типа A.

Достоинства USB:

· поддержка изохронных потоков данных (в том числе аудио- и сжатых видеоданных);

· возможность передачи изохронных потоков данных по одной шине вместе с асинхронными данными;

· функция динамического (горячего) изменения конфигурации системы;

· простота подключения ПУ;

· гибкость, возможность создания систем сложной топологии с большим числом подключенных устр-в;

· приемлемая стоимость законченного решения при пропускной способности до 12 Мбит/с;

· экономия внутреннего пространства системного блока;

· освобождение задней панели ПК от лишних разъемов, унификация подсоединения ПУ;

· снижение расходов на эксплуатацию и подключение периферийных устройств;

· стандартизация функциональных возможностей аналогичных ПУ разных производителей;

· стимулирование разработки новых ПУ с расширенными функциональными возможностями;

· встроенные механизмы обнаружения и обработки ошибок.

 

 

1-Wire однопроводная шина. Используется как основа построения сети MicroLAN. Разработана DallasSemiconductor (в настоящее время – дочернее предприятие MAXIM).

При разработке MicroLAN, фирма DallasSemiconductor поставила задачу соединить между собой множество абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, используя при этом всего один сигнальный провод (подразумевается, что должен быть и обратный – "общий" провод). По той же однопроводной шине осуществляется питание всех подключенных к ней микросхем.

Основные характеристики шины.Максимальная протяженность шины до 300 м.Скорость передачи информации 16,3 Кбит/с.ь Максимальное количество адресуемых элементов на шине 256.Уровни напряжений на шине соответствуют стандартным КМОП/ТТЛ уровням.Напряжение питания компонентов сети 2,8...6 В.Для соединения элементов сети может применяться обычный телефонный кабель или витая параСеть сохраняет работоспособность в условиях плохих контактов. Сеть позволяет производить "горячее" подключение/отключение компонентов.

Существуют различные модификации шины 1-Wire. Например, отдельные виды микросхем поддерживают скоростной режим работы шины (Overdrive). В этом режиме скорость передачи информации равна 142 Кбит/с, но только на шине малой протяженности.

Шина 1-Wire, так же как и I²С построена по технологии Master/Slave. На шине должно быть хотя бы одно ведущее устройство (Master). Все остальные устройства должны быть ведомыми (Slave). Ведущее устройство инициирует все процессы передачи информации в пределах шины. Передача информации от одного Slave к другому напрямую невозможна. Для возможности обращения к любому выбранному ведомому устройству каждое ведомое устройство имеет индивидуальный код (ID-код). Этот код заносится в специальную область микросхемы при помощи лазера. Этот код индивидуален и никогда не повторяется (разрядность ID = 64).

Полезным кач-вом шины явл возможность автоматич обнаружения подключения новых компонентов. В процессе поиска Master определяет ID коды всех подключенных к сети абонентов. Средняя скорость поиска элементов составляет 75 узлов в сек.