树莓派学习 26.SPI通讯
一、SPI简介
SPI全称是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是由Motorola提出的一种全双工同步串行通信接口，通信波特率可以高达5Mbps，但具体速度大小取决于SPI硬件。SPI接口具有全双工操作，操作简单，数据传输速率较高的优点，但也存在没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据的缺点。SPI总线只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯:
- SCLK：Serial Clock，（串行）时钟
- MISO：Master In Slave Out，主设备输入，从设备输出
- MOSI：Master Out Slave In，主设备输出，从设备输入
- SS: Slave Select，选中从设备，片选，片选的其他别称[① CS(Chip Select)芯片选择、②CE(Chip Enable)芯片使能]
二、SPI通讯
1. 串行读写
SPI是［单主设备(single-master )］通信协议，这意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写［从设备］时，它首先拉低［从设备］对应的SS线（SS是低电平有效），接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，［主设备］把信号发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”。
2. 数据交换
SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响，SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
- 如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；
- 如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平；
- 时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
- 如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；
- 如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样；
3. 数据传输
在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：
- 主设备通过MOSI线发送1位数据，从设备通过该线读取这1位数据；
- 从设备通过MISO线发送1位数据，主设备通过该线读取这1位数据。
这是通过移位寄存器来实现的。
4. 引脚
- VCC----1
- GND----6
- 19 MOSI – master output slave input
- 21 MISO – master input slave output
- 23 SCLK – clock
- 24 CE0 – chip enable 0
- 26 CE1 – chip enable 1
5. 启用SPI
在设置里启用SPI。
sudo raspi-config 启用后可输入命令查看：
pi@ventilator:~ $ ls /dev/spidev0.*
/dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1
树莓派只引出来一组spi(引脚19、21、23、24)，对应的设备文件为/dev/spidev0.0。
三、代码实现
1. 回声测试：将MOSI 和 MISO短接。
源码地址
运行效果：
本文部分内容来源
2. 另一个测试代码：
wget https://raw.githubusercontent.com/raspberrypi/linux/rpi-3.10.y/Documentation/spi/spidev_test.c
# 注意要将代码里的/dev/spidev1.1改为/dev/spidev0.1
gcc spidev_test.c
sudo ./a.out
输出：
3. 安装spidev
官网说明：https://pypi.org/project/spidev/3.1/
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install python-dev python3-dev
cd ~
git clone https://github.com/doceme/py-spidev.git
cd py-spidev
make
sudo make install
属性及方法
属性/函数 | 作用 |
bits_per_word | 每个单词字节数 |
cshigh | 片选信息，默认为False |
lsbfirst | 大小端，默认为False |
max_speed_hz | 最大总线速度 |
mode | spi的工作模式，用来确定时钟和片选信号是上升还是下降沿开始读写，这个可能跟具体的芯片有关 |
函数 open(bus, device) | 打开设备，bus和device对应设备后面的数字：如图 |
xfer([values]) | 向spi设备发送命令，这个函数返回一个列表，存放接收到的数据 |
xfer2([values]) | 与上面函数作用相同，不同的是，xfer在当前片选引脚为高电平工作，xfer2在执行过程中将片选引脚保持低电平，在两次转换间让cs引脚保持为高电平。 |
使用spidev
python-spidev的使用方法：
# 导入库
import spidev
bus=0
device=0
# 打开spi设备，此处设备为/dev/spi-decv0.0
spi=SPI.SpiDev(bus,device)
# 从SPI设备读取n字节
spi.readbytes(n)
# 将列表的数据写到SPI设备
spi.writebytes(list of value)
# 执行SPI传输。
spi.xfer(list of values[, speed_hz, delay_usec, bits_per_word])
示例
import spidev
import time
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 7629
# Split an integer input into a two byte array to send via SPI
def write_pot(input):
msb = input >> 8
lsb = input & 0xFF
spi.xfer([msb, lsb])
# Repeatedly switch a MCP4151 digital pot off then on
while True:
write_pot(0x1FF)
time.sleep(0.5)
write_pot(0x00)
time.sleep(0.5)
SPI 速度值列表
Speed spi.max_speed_hz | value |
125.0 MHz | 125000000 |
62.5 MHz | 62500000 |
31.2 MHz | 31200000 |
15.6 MHz | 15600000 |
7.8 MHz | 7800000 |
3.9 MHz | 3900000 |
1953 kHz | 1953000 |
976 kHz | 976000 |
488 kHz | 488000 |
244 kHz | 244000 |
122 kHz | 122000 |
61 kHz | 61000 |
30.5 kHz | 30500 |
15.2 kHz | 15200 |
7629 Hz | 7629 |
文章参考：http://hfwudao.cn/a/raspberry-learn-26-SPI
