基于spi接口的多机通信

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1、基于SPI接口的多机通信[摘要]：本文介绍一种基于spi接口的高速可靠的多微处理器扩展和通信方法，包括该方法的实现原理、硬件连接和软件实现等。[关键词]：spi接口，通信，扩展1引言现代测控领域中，工业电子产品往往不是孤立存在的，而是需要能够数据共享，实现多机通信的功能，因而在大多数电子产品的设计中要考虑多机扩展和通信问题。比如在各种采用微处理器的控制系统中，就要求能实现多微处理器的柔性扩展和它们之间的数据通信。本文以avr单片机组成的一主两从系统为例，介绍一种基于spi接口的高速可靠的多微处理器扩展和通信方法，包括该方法的实现原理、硬件连接和软件实现。2通信接口的选择通

2、信接口的选择关系到整个多机扩展的构成和通信方案的设计。微控制器的通信方式包括并行通信和串行通信，其中串行通信方式有spi通信接口、uart通信接口、i2c通信接口等。在通信接口的选择中，通信的可靠性要放在首位。由于并行通信方式通道间会有互相干扰，当传输出错时，要重新传送数据，而且要求数据同时到达接收端，但往往各通道由于布线长度不一等原因难以保证真正的一致性。另外采用并行通信方式占用了较多的i/o资源，不适合于小型系统，所以本文选择了串行通信方式。基于spi通信接口的速度较快，而且通信协议也较为简单，相对来说也比较稳定等优点，本设计就选用spi接口来实现多机通信。spi接口

3、是全双工同步串行外设接口，采用主从模式架构，支持单主多从模式应用。时钟由主机控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，输入输出为全双工通信方式。spi数据通信时的主-从连接与数据传送方式如图1所示。图1spi数据通信时的主-从机连接与数据传送方式由图1可知，spi数据传输系统是由主机和从机两部分组成；主要是由主、从双方的两个移位寄存器和主机spi时钟发生器组成，主机为spi数据传输的控制方。nss为从设备选择管脚，对于主机，无用，可配置为gpio口用于选择从机；通知从机进入传输状态，然后主机启动时钟发生器产生同步时钟信号sck，预先存在两个移位寄存器中的数据在sck的驱动下进

4、行循环移位操作，完成主-从机之间的数据交换，传输的数据为8位，按位传输。spi通过一根时钟引线sck将主机和从机同步，主机的数据由mosi进入从机，而同时从机的数据由miso进入主机。因此，它的串行数据交换不需要增加起始位、停止位等用于同步的格式位，直接将要传送的数据写入到主机的spi发送数据寄存器，这个写入过程自动启动主机的发送过程。对于从机，同样在sck的节拍下将出现在引脚mosi上的数据逐位移到从机的移位寄存器，当接收完一个完整的数据块后，设置中断标志，通知从机这个数据块已接收完毕，同时将移位寄存器接收到的内容复制到从机的spi接收数据寄存器。可以看出，用户编程只需

5、在发送数据时写数据到spi发送数据寄存器，在接收数据时读spi接收数据寄存器，其余的移位、同步、置位收发标志等工作都由内置的spi模块自动完成。3多机扩展和通信的实现原理以一主两从的系统结构、主从都以atmega128单片机为例，介绍多机扩展和通信方案。系统框图如图2所示，主机分别同两个从机的spi接口相连，另外主从机间还增加了地址分配使能线ad。在理论上这种扩展方法可以实现无数个从机的扩展和通信。图2系统框图3.1地址分配在多机通信系统中，主机通过从机地址对各个从机进行访问，因此，要求每个从机都有唯一的地址。为确保地址的唯一性和可靠性，就必须对从机进行统一编址。常用编址

6、方式是将拨码开关连接在从机的i/o上，用人工拨码来实现编址。拨码开关打开和关闭分别代表着0和1，这也就代表着一定的数据，这个数据就是该从机的地址。这种硬编址方式简单且容易操作，但是占用从机的i/o资源。当从机数量增加时，用于拨码开关的i/o口也要相应地增加，而且编址需要人工操作来实现，在实际应用中很不方便。本文设计了一种软件编址方式，采用主机自动给从机分配地址的方法。在硬件上，只需在spi通信接口的基础上增加一根地址分配使能线就能实现，如图2所示。其实现原理是：主机通过ad线向从机1发出处理地址分配使能信号，与此同时，从机1通过ad线禁止从机2地址分配使能，保证在地址分配

7、期间某一时刻只有一个从机进行地址信息处理。主机通过spi接口向各从机发出地址分配信息，从机都接收到主机传来的地址信息，但此时只有从机1的地址分配是使能的，所以只有从机1对地址分配信息进行处理，通过以下时序对从机1进行地址分配：①主机向从机发送地址分配起始标识符‘(’，告诉从机此时进行地址分配操作，从机1向主机反馈确认信息；②主机向从机发送地址，从机1进行地址存储并向主机反馈确认信息；③主机向从机发送地址分配结束标识符‘）’，告诉从机已完成地址分配。主机成功对从机1进行地址分配后，主机关闭从机1的地址分配使能，从机1开启从机2的