SPI - Szeregowy interfejs peryferyjny

SPI oznacza Serial Peripheral Interface (Szeregowy Interfejs Peryferyjny). Dzięki SPI można błyskawicznie wymieniać dane między dwoma urządzeniami. Do tego potrzebne są tylko cztery przewody.

Charakterystyka SPI

Szeregowy interfejs peryferyjny jest synchronicznym interfejsem komunikacyjnym przeznaczonym do komunikacji na krótkich dystansach. Synchroniczny oznacza, że dane są przesyłane w postaci bloków lub ramek, a oba urządzenia są synchronizowane za pomocą zegara. Jest to interfejs szeregowy, więc urządzenia wysyłają po jednym bicie na raz (w przeciwieństwie do komunikacji równoległej). Jedno z urządzeń jest urządzeniem "Master" i dyktuje cykl zegara. Drugie urządzenie jest urządzeniem podrzędnym (Slave). Zazwyczaj komunikacja odbywa się w trybie pełnego dupleksu. Dlatego oba urządzenia mogą przesyłać dane nawet w tym samym czasie.

Okablowanie

Do połączenia potrzebne są tylko cztery przewody, więc konfiguracja jest bardzo prosta.

Do połączenia SPI potrzebne są cztery piny: Serial Clock (SCL lub SCLK), Master Output Slave Input (MOSI), Master Input Slave Output (MISO) oraz pin Chip Select lub Slave Select (CS lub SS).

Podłącz odpowiednie piny w urządzeniach Master i Slave.

Jedno urządzenie Master może połączyć się z wieloma urządzeniami Slave, o ile ma wystarczającą liczbę pinów wyboru chipa. Urządzenie Master kontroluje, które urządzenie Slave otrzymuje dane, ustawiając odpowiedni pin wyboru chipa na LOW lub HIGH.

Raspberry Pi 4 ma 7 interfejsów SPI. Jeśli chcesz dowiedzieć się, jak uzyskać dostęp do interfejsów SPI od 1 do 6, zostaw komentarz poniżej.

Przyjrzyjmy się Magistrala SPI 0.

Jak widać w układ pinów Powyżej pin 23 jest pinem SCLK w Raspberry Pi. MISO to pin 21, a MOSI to pin 19. Magistrala 0 ma dwa piny CS, którymi są piny 24 i 26.

Jeśli chcesz korzystać z magistrali 0, najpierw ją włącz.

Wykonaj polecenie

sudo raspi-config

Następnie wybierz 3 Opcje interfejsu i kliknij przycisk I4 SPI. Na koniec naciśnij przycisk Tak oraz Ok aby włączyć SPI.

Tryby SPI

Istnieją cztery różne tryby transmisji danych, o których należy wiedzieć. Różnią się one polaryzacją i fazą zegara.

W obu przypadkach może to być 0 lub 1. Jeśli chodzi o polaryzację zegara, to 0 oznacza stan spoczynku NISKI, a 1 - stan spoczynku WYSOKI. Faza zegara 0 oznacza, że dane są wysyłane przy opadającym zboczu, natomiast 1 oznacza, że dane są wysyłane przy rosnącym zboczu. Przed wysłaniem danych urządzenia Master i Slave muszą uzgodnić jeden z czterech trybów.

Zalety

Największe zalety to duża szybkość, łatwa konfiguracja sprzętu i oprogramowania oraz niskie zapotrzebowanie na energię.

Wady

Szeregowy interfejs peryferyjny nie jest rozszerzalny pod względem zakresu i liczby urządzeń, ponieważ urządzenie nadrzędne (Master) wymaga pinu wyboru układu dla każdego urządzenia. Nie ma też sprzętowego potwierdzenia dla urządzeń podrzędnych, więc urządzenie nadrzędne nie wie, czy dane zostały przez kogoś odebrane.

Przypadki użycia

Większość urządzeń SPI to urządzenia wbudowane lub Wyświetlacze LCD. Ogólnie rzecz biorąc, jest ona stosowana w miejscach, gdzie wymagana jest niewielka liczba urządzeń i szybka transmisja danych.

Dzięki temu Raspberry Pi może współpracować z różnego rodzaju czujniki i urządzenia. Prawie wszystkie urządzenia zgodne z Raspberry Pi używają interfejsu SPI lub I2C.

Karty SD również używają interfejsu SPI, więc nawet czytnik kart SD w Raspberry Pi ma kilka wewnętrznych pinów MISO i MOSI.