1、經(jīng)典SPI的操作
經(jīng)典SPI使用控制器和多個(gè)外設(shè)之間的同步通信，涉及COPI(控制器輸出，外設(shè)輸入)和CIPO(控制器輸入，外設(shè)輸出)線，以及時(shí)鐘線(SCLK)和芯片選擇(CS：芯片選擇)。每個(gè)設(shè)備都需要自己的CS線，隨著設(shè)備的增加，管理連接會(huì)變得更加復(fù)雜。
雖然傳統(tǒng)SPI在設(shè)備管理和布線復(fù)雜性方面有一些限制，但菊花鏈SPI原則為這些挑戰(zhàn)提供了一個(gè)優(yōu)雅的解決方案。現(xiàn)在讓我們探索一下這種高級(jí)設(shè)置，它簡(jiǎn)化了連接多個(gè)設(shè)備的過程，同時(shí)保持了SPI協(xié)議的效率。
2、菊花鏈SPI的原理
在SPI菊花鏈中，設(shè)備通過單芯片選擇(CS)線串聯(lián)互連，形成鏈。與傳統(tǒng)SPI不同，每個(gè)設(shè)備都需要自己的CS線，這種配置允許數(shù)據(jù)順序地從一個(gè)設(shè)備流向另一個(gè)設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接收來自控制器的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理，然后將其傳遞給鏈中的下一個(gè)設(shè)備。這大大減少了所需的連接數(shù)量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此外，菊花鏈SPI可以在不中斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的情況下輕松添加或刪除設(shè)備，從而在管理硬件資源方面提供了更大的靈活性。這種方法還通過最小化潛在干擾來提高信號(hào)完整性，這對(duì)于需要高通信可靠性的系統(tǒng)來說是一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。
3、菊花鏈相對(duì)于經(jīng)典SPI的優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)SPI相比，菊花鏈SPI提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括顯著降低布線復(fù)雜性和相關(guān)成本，因?yàn)樗枰俚男酒x擇(CS)線來連接多個(gè)設(shè)備。這種設(shè)置還可以輕松地添加或刪除設(shè)備，而無需進(jìn)行完整的系統(tǒng)重組。此外，菊花鏈SPI提高了長距離信號(hào)的完整性，減少了干擾的機(jī)會(huì)，提高了控制器和外設(shè)之間通信的可靠性。
4、菊花鏈的缺點(diǎn)
菊花鏈SPI的缺點(diǎn)包括數(shù)據(jù)傳輸速度的潛在降低，因?yàn)殒溨械拿總€(gè)設(shè)備都可能引入延遲。錯(cuò)誤處理和設(shè)備故障檢測(cè)也可能更加復(fù)雜，因?yàn)閿?shù)據(jù)在到達(dá)最終目的地之前必須經(jīng)過多個(gè)點(diǎn)。此外，設(shè)計(jì)和調(diào)試菊花鏈系統(tǒng)可能比典型的SPI配置更復(fù)雜，需要仔細(xì)注意通信序列和信號(hào)完整性。
5、經(jīng)典SPI與菊花鏈的對(duì)照表
為了明確經(jīng)典SPI和菊花鏈之間的選擇，一個(gè)比較表是必不可少的。它突出了基本的差異，并幫助理解每種配置如何適應(yīng)各種設(shè)計(jì)需求。再加上軟件實(shí)現(xiàn)方面，這是開發(fā)人員在選擇通信協(xié)議時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。
這個(gè)表總結(jié)了關(guān)鍵的考慮因素，使得根據(jù)項(xiàng)目的具體情況更容易決定是使用經(jīng)典的SPI體系結(jié)構(gòu)還是菊花鏈配置。
6、菊花鏈SPI實(shí)現(xiàn)示例
在我們使用一個(gè)控制器和三個(gè)外設(shè)實(shí)現(xiàn)菊花鏈SPI的示例中，數(shù)據(jù)傳輸在幾個(gè)時(shí)鐘周期中發(fā)生，每個(gè)時(shí)鐘周期由8個(gè)時(shí)鐘脈沖組成，說明了字節(jié)在外設(shè)之間的順序傳播。
詳細(xì)傳輸順序
第一個(gè)8時(shí)鐘周期：控制器發(fā)送0xCF。在這個(gè)周期中，0xCF被加載到設(shè)備1中。
第二個(gè)8時(shí)鐘周期：控制器發(fā)送0xAB。同時(shí)，0xCF從設(shè)備1移動(dòng)到設(shè)備2，而0xAB被加載到設(shè)備1。
第三個(gè)周期8個(gè)時(shí)鐘：控制器發(fā)送0xDE。此時(shí)，0xCF到達(dá)設(shè)備3,0xAB從設(shè)備1移動(dòng)到設(shè)備2,0xDE被加載到設(shè)備1。
應(yīng)急管理
在這三個(gè)周期的8個(gè)時(shí)鐘之后，每個(gè)設(shè)備接收到它的專用字節(jié)。接收到0xCF的設(shè)備3向控制器發(fā)送一個(gè)響應(yīng)。
軟件實(shí)現(xiàn)的注意事項(xiàng)
初始化：準(zhǔn)備SPI控制器來管理傳輸序列，包括配置SPI模式和時(shí)鐘頻率。
傳輸環(huán)路：精確管理傳輸環(huán)路對(duì)于確保在正確的時(shí)間按正確的順序發(fā)送字節(jié)至關(guān)重要。
監(jiān)聽?wèi)?yīng)答：控制器必須準(zhǔn)備好接收傳輸序列后最后一個(gè)設(shè)備的響應(yīng)，需要特別注意接收數(shù)據(jù)的同步和完整性驗(yàn)證。
這個(gè)SPI菊花鏈傳輸序列證明了串行通信在管理多個(gè)設(shè)備時(shí)的有效性，并且使用了最少的連接資源。它強(qiáng)調(diào)了精確定時(shí)和仔細(xì)編程在復(fù)雜系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有效雙向通信的重要性。
7、典型的菊花鏈應(yīng)用
菊花鏈SPI的典型應(yīng)用包括對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行高效管理的領(lǐng)域。它通常用于嵌入式系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備，在這些設(shè)備中，空間和成本的降低是至關(guān)重要的。
在儀器儀表和測(cè)量系統(tǒng)中：SPI菊花鏈配置對(duì)于在精密測(cè)量設(shè)備中連接一系列模數(shù)(ADC)或數(shù)模(DAC)轉(zhuǎn)換器特別有利。它允許從多個(gè)傳感器連續(xù)讀取數(shù)據(jù)，而無需增加CS線，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)響應(yīng)能力。
在LED或LCD顯示器的管理：對(duì)于需要單獨(dú)控制多個(gè)段或LED的復(fù)雜顯示面板，菊花鏈SPI簡(jiǎn)化了控制器和顯示模塊之間的連接。這種方法可以很容易地?cái)U(kuò)展顯示功能，而不會(huì)影響更新速度或信號(hào)路由的復(fù)雜性。
用于擴(kuò)展數(shù)字I/O：在菊花鏈配置中使用SPI移位寄存器允許您增加微控制器可用的數(shù)字輸出數(shù)量。這種方法非常適合需要大量數(shù)字控制的應(yīng)用，例如控制LED陣列或管理復(fù)雜的用戶界面。
在嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)化中：菊花鏈配置對(duì)于需要在中央控制器和一系列傳感器或執(zhí)行器之間進(jìn)行快速可靠通信的系統(tǒng)特別有用。它允許在印刷電路板上顯著簡(jiǎn)化布線和更好的空間管理，這在受空間限制或需要高密度連接的環(huán)境中至關(guān)重要。
結(jié)論
SPI菊花鏈配置代表了一種創(chuàng)新和有效的解決方案，用于管理許多電子系統(tǒng)中控制器和幾個(gè)外圍設(shè)備之間的通信。通過降低布線復(fù)雜性和優(yōu)化硬件資源的使用，它為嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了顯著的靈活性。盡管這種方法存在一些挑戰(zhàn)，例如延遲管理和軟件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，但在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和節(jié)省空間方面的好處是不可否認(rèn)的。工業(yè)自動(dòng)化、儀表系統(tǒng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中的典型應(yīng)用說明了菊花鏈SPI的多功能性和高效性。通過考慮到每個(gè)項(xiàng)目的特殊性，設(shè)計(jì)人員可以充分利用這種配置來開發(fā)更健壯、可擴(kuò)展和經(jīng)濟(jì)的通信系統(tǒng)。
