什么是 SPI

和上一篇文章的 I²C 總線一樣，SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）也是設(shè)備與設(shè)備間通信方式的一種。SPI 是一種全雙工（數(shù)據(jù)可以兩個(gè)方向同時(shí)傳輸）的串行通信總線，由摩托羅拉于上個(gè)世紀(jì) 80 年代開發(fā)^[1]，用于短距離設(shè)備之間的通信。SPI 包含 4 根信號(hào)線，一根時(shí)鐘線 SCK（Serial Clock，串行時(shí)鐘），兩根數(shù)據(jù)線 MOSI（Master Output Slave Input，主機(jī)輸出從機(jī)輸入）和 MISO（Master Input Slave Output，主機(jī)輸入從機(jī)輸出），以及一根片選信號(hào) CS（Chip Select，或者叫 SS，Slave Select）。所謂的時(shí)鐘線就是一種周期，兩臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸不能各發(fā)各的，這樣就沒有意義，因此需要一種周期去對(duì)通信進(jìn)行約束；數(shù)據(jù)線就是按照 MOSI 和 MISO 的中文翻譯理解即可；片選信號(hào)用于主設(shè)備選擇 SPI 上的從設(shè)備，I²C 是靠地址選擇設(shè)備，而 SPI 靠的是片選信號(hào)，一般來說要選擇哪個(gè)從設(shè)備只要將相應(yīng)的 CS 線設(shè)置為低電平即可，特殊情況需要看數(shù)據(jù)手冊(cè)。下圖展示了一個(gè) SPI 主設(shè)備和三個(gè) SPI 從設(shè)備的示意圖。

圖源：Wikipedia

SPI 還有一個(gè)重要的概念就是時(shí)鐘的極性（CPOL，Clock Polarity）和相位（CPHA，Clock Phase），對(duì)其這里不過多解釋，我們只需要知道極性和相位的組合構(gòu)成了 SPI 的傳輸模式（SPI Mode）。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，只要是 SPI 通信協(xié)議的，一定會(huì)給出傳輸模式，我們根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行設(shè)置即可。SPI 的傳輸模式是有固定編號(hào)的，下表給出了各個(gè)模式，常用的模式有 Mode0 和 Mode3。

Mode0	0	0
Mode1	0	1
Mode2	1	0
Mode3	1	1

該時(shí)序圖顯示了時(shí)鐘的極性和相位。圖源：Wikipedia

SPI 相比較 I²C 最大的優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速率高，并且數(shù)據(jù)在同一時(shí)間內(nèi)可以雙向傳輸，這都得益于它的兩根輸入和輸出數(shù)據(jù)線。當(dāng)然缺點(diǎn)也很明顯，比 I²C 多了兩根線，這就要多占用兩個(gè) IO 接口。而且 SPI 采用 CS 線去選擇設(shè)備，不像 I²C 有尋址機(jī)制，如果你有很多個(gè) SPI 設(shè)備需要連接的話 IO 接口的占用數(shù)量是相當(dāng)高的。

在 Raspberry Pi 的引腳中，引出了兩組 SPI 接口。但有意思的是，在 Raspbian 中 SPI-1 是被禁用的，你需要修改一些參數(shù)去啟用 SPI-1。SPI 接口的引腳編號(hào)如下圖所示。

?

?提示

如何在 Raspbian 上開啟 SPI-1？（在 Win10 IoT 上 SPI-1 是開啟的）

1. 使用編輯器打開 /boot/config.txt ，如：sudo nano /boot/config.txt

2. 添加?dtoverlay=spi1-3cs?并保存

3. 重啟

Raspberry Pi B+/2B/3B/3B+/Zero 引腳圖

相關(guān)類

SPI 操作的相關(guān)類位于?System.Device.Spi?和?System.Device.Spi.Drivers?命名空間下。

SpiConnectionSettings

SpiConnectionSettings?類位于?System.Device.Spi?命名空間下，表示 SPI 設(shè)備的連接設(shè)置。

UnixSpiDevice 和 Windows10SpiDevice

UnixSpiDevice?和?Windows10SpiDevice?類位于?System.Device.Spi.Drivers?命名空間下。兩個(gè)類均派生自抽象類?SpiDevice，分別代表 Unix 和 Windows10 下的 SPI 控制器，使用時(shí)按照所處的平臺(tái)有選擇的進(jìn)行實(shí)例化。這里以?UnixSpiDevice?類為例說明。

SPI 的通信步驟

初始化 SPI 連接設(shè)置?SpiConnectionSettings

一般情況下，我們只需要配置 SPI 的 ID，CS 的編號(hào)，時(shí)鐘頻率和 SPI 傳輸模式。其中像時(shí)鐘頻率、傳輸模式等設(shè)置都來自于設(shè)備的數(shù)據(jù)手冊(cè)。比如要使用 Raspberry Pi 的 SPI-0 去操作一個(gè)時(shí)鐘頻率為 5 MHz，SPI 傳輸模式為 Mode3 的設(shè)備，代碼如下：

SpiConnectionSettings settings = new SpiConnectionSettings(busId: 0, chipSelectLine: 0)
{
ClockFrequency = 5000000,
Mode = SpiMode.Mode3
};

讀取和寫入

讀取和寫入與 I²C 類似，這里不再過多贅述，詳見上一篇博客，這里只提供一個(gè)代碼示例。唯一要說明的就是使用全雙工通信?TransferFullDuplex()?時(shí)，要求寫入的數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度要一致，并且能否使用也需要看設(shè)備是否支持。比如從地址為 0x00 的寄存器中向后連續(xù)讀取 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且向地址為 0x01 的寄存器寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，代碼如下：

加速度傳感器讀取實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)選用的是三軸加速度傳感器?ADXL345?，數(shù)據(jù)手冊(cè)地址：http://wenku.baidu.com/view/87a1cf5c312b3169a451a47e.html?。

傳感器圖像

硬件需求

電路

• VCC - 3.3 V

• GND - GND

• CS - CS0 (Pin24)

• SDO - SPI0 MISO (Pin21)

• SDA - SPI0 MOSI (Pin19)

• SCL - SPI0 SCLK (Pin23)

代碼

打開 Visual Studio ，新建一個(gè) .NET Core 控制臺(tái)應(yīng)用程序，項(xiàng)目名稱為“Adxl345”。

引入?System.Device.Gpio?NuGet 包。

新建類?Adxl345，替換如下代碼：

在?Program.cs?中，將主函數(shù)代碼替換如下：

發(fā)布、拷貝、更改權(quán)限、運(yùn)行

效果圖

原文地址：https://www.cnblogs.com/zhanggaoxing/p/10943822.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的张高兴的.NET Core IoT 入门指南：（四）使用 SPI 进行通信的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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