[發明專利]三線實現和帶有SPI接口外設進行通訊的系統及方法

有效

• 申請號: 201711028851.7
• 申請日: 2017-10-29
• 公開（公告）號: CN107832249B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 王郁昕;何寧;李紅豫
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.三線SPI通訊系統，其特征在于，包括一個主控設備和多個從設備；主控設備帶有CPU，從設備是數據采集設備或D/A輸出設備；主控設備和從設備都帶有標準的SPI接口，主控設備通過SPI接口的時鐘線SCLK、數據輸入線MDI和數據輸出線MDO經三線SPI接口控制系統與從設備相連接；

三線SPI接口控制系統面向主控設備的接口信號只有時鐘線SCLK、數據輸入線MDI和數據輸出線MDO這三根線；面向從設備的接口包括從設備數據輸入線DI、從設備輸出線DO、從設備時鐘線SCLK和若干從設備的片選線CSi，1≤i≤N，N代表了可被譯碼從設備的數量；主控設備的時鐘線和從設備的時鐘線相連，MDI和DO相連，MDO和DI相連，CSi直接連到從設備的片選端；

三線SPI接口控制系統包括分頻器FD、延時器、地址計數器、地址移位寄存器和譯碼器組成；三線SPI接口控制系統的數據傳輸采用數據線中包括地址信息的策略，在每個數據傳輸的大周期中先傳地址信息，隨后再傳數據；分頻器FD用于記錄整個數據通訊的大周期，該周期稱為FD周期；地址計數器用于記錄地址讀入的周期，該周期稱為地址周期；在地址計數器計滿后其輸出CSE由高變低；通訊初始時SCLK時鐘信號為高電平，片選控制信號CSE為高電平，FD為低電平；地址數據的傳輸周期依照從設備的規模而定，如果從設備小于8個，需要3位地址位，如果大于8個并小于16個，需要4位地址位，三線SPI接口控制系統需要一位地址位用于分頻器同步，該地址為0，即CS0必須留給接口控制系統使用，不能用于選擇其他從設備；主控設備在SCLK的下降沿輸出地址數據，高地址位先輸出，低地址位后輸出；地址計數器用于記錄地址的傳入位數，當地址計數器計滿時，在SCLK的上升沿CSE輸出低電平；同時該低電平反過來將地址計數器關閉，直到FD的下降沿使其重新開啟；地址移位寄存器在CSE為高電平時為有效狀態，在SCLK時鐘的下降沿將主控設備通過MDO傳輸的數據移入寄存器直到CSE為低電平后才會停止數據的移入；CSE也是地址譯碼器的控制線，在CSE為低時地址譯碼器有效，此時譯碼器將地址移位寄存器的輸出進行N選1譯碼，使得譯碼器的某個輸出有效，該信號將作為SPI接口的標準片選信號并與某個從設備片選端相連；分頻器FD用來記錄整個傳輸周期，當計滿時在SCLK最后一個周期的后半個周期輸出一個時長為SCLK半周期的高電平，該信號經一個延時器后作為FD的輸出信號；延時器在最后一個周期的上升沿后有一段延時才會使CSE恢復成高電平，CSE為高時譯碼器為高阻狀態或高電平狀態，即沒從設備被選中。

2.應用如權利要求1所述的系統進行通信的方法，其特征在于：首先是設置讀寫數據的長度，長度由系統的讀寫數據長度SIZE決定；SCLK然后被設置成高電平1；Rin是串行數據輸入寄存器，用于串行數據的讀入；Rout是串行數據輸出寄存器，用于串行數據的輸出；主控設備采用在SCLK的下降沿通過MDO端輸出數據，在SCLK的上升沿通過MDI端讀入數據的模式，從設備的則在SCLK的下降沿通過DI端讀入數據，在SCLK的上升沿通過DO端輸出數據；Rin和Rout的初始化工作還包括將Rin的所有位置1，將輸出數據寫入Rout；接下來將從設備的地址經MDO進行串行輸出；首先輸出的是片選地址的最高位，A表示地址寄存器，A(i)中的i表示當前所傳輸的位數；如果從設備的地址范圍大于8小于16則i≤4；如果地址范圍小于8則i≤3；每輸出一位地址后i減1；如果i為-1則判斷地址數據傳輸完畢；如果i大于-1，則進入循環輸出地址的周期；該周期首先將SCLK置0，然后將A左移一位，i減1后將A的最高位輸出到MDO端，SCLK再置成1，最后返回對i的判斷，即判斷是否將A中的數據都輸出完畢；如果沒有輸出完則繼續輸出地址信息，如果輸出完了則進入數據輸出和數據輸入周期；

Rout中最高位首先被送到MDO端，然后判斷數據輸出和輸入的長度是否已經到達SIZE，如果讀寫數據的長度到達了系統的讀寫數據長度SIZE則結束整個數據通訊過程，否則進入控制數據讀寫的循環；循環首先將SCLK置0，然后Rout左移1位，Rout最高位輸出到MDO端，這為在下一個時鐘下降沿從設備寫入數據做好準備；接下來SCLK置成1，當前的讀寫數據長度加1，Rin左移1位并且讀取MDI端的數據到Rin最低位；最后返回對SIZE的判斷。

3.應用如權利要求1所述的系統進行通信的方法，其特征在于，分頻器同步過程：MDO始終輸出為0，主控設備不斷從MDI端讀入設備；CS0分兩種情況討論，如果CS0被選中，即輸入為0的地址被譯碼，在時鐘最后一個周期的下降沿分頻器FD輸出為高電平，MDI輸出也為高電平；在時鐘最后一個周期恢復為高電平之前，主設備讀入MDI，如果為高則斷定這時為初始狀態，然后恢復周期信號為高電平；上述過程其他片選CS端都沒有被選中，所以對所有從設備沒有影響；如果CS0未被選中，MDI始終處于低電平；主設備將一直使MDO輸出為0，并不斷在時鐘下降沿讀入數據直到讀到高電平，只要讀到高電平即斷定這時為初始狀態，隨后將時鐘信號恢復為高電平；由于MDO始終為0，所以一定可以等到CS0為有效的時刻；同步數據輸出監控器的輸出邏輯是當使能端有效時，即其ENB為低電平時輸入輸出一致；當使能端無效時，即其ENB為高電平時輸出為低電平。