一種3線制半雙工SPI接口設計
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串行外圍設備接口SPI(serial peripheralinterface)總線技術是Motorola公司推出的一種微處理器、微控制器及其外設間的一種全／半雙工同步串行數(shù)據(jù)接口標準，具有連接線少、傳輸效率高等特點，因其硬件功能很強，與SPI有關的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。
SPI接口一般采用4條連接線：串行時鐘線(SCK)、主機輸出／從機輸入數(shù)據(jù)線(MOSI)、主機輸入／從機輸出數(shù)據(jù)線(MISO)和低電平使能的從機選擇線(SS)，有的還帶有中斷信號線(INT)，半雙工或單向模式則不需要主機輸出／從機輸入數(shù)據(jù)線(MOSI)。為了在減少引腳的基礎上完成主從機的雙向通訊，本文采用半雙工機制實現(xiàn)了一種3線制雙向SPI總線模塊，即通過使能信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚩刂疲虼藢⒅鳈C輸出／從機輸入(MOSI)線和主機輸入／從機輸出線(MISO)線合并為一條雙向信號線。該模塊是某射頻芯片中的接口模塊，其作用是實現(xiàn)基帶芯片對射頻芯片的控制以及數(shù)據(jù)交換，而且為了便于和射頻電路集成，該模塊最終以硬IP形式實現(xiàn)。
1 SPI總線協(xié)議
射頻芯片的SPI接口具有兩個主要特征：Slave工作模式和半雙工方式通訊。
SPI接口信號描述如表1。
接口時序要求如下：
1)輸出時序
當SEN為高電平時，SPI接口處于輸出狀態(tài)。每次數(shù)據(jù)傳輸開始于SCK信號的上升沿。數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)由SCK信號控制，并遵循下列規(guī)則：數(shù)據(jù)傳輸時，低位在前，高位在后；每個輸出數(shù)據(jù)位在SCK下降沿采樣；當本幀數(shù)據(jù)輸出達到24 bit時，結束數(shù)據(jù)輸出；當本幀數(shù)據(jù)輸出超過24 bit時，則多余位數(shù)全為高電平。
2)輸入時序
當SEN為低電平時，SPI接口處于輸入狀態(tài)。每次數(shù)據(jù)傳輸開始于SEN信號的下降沿，結束于其上升沿。數(shù)據(jù)傳輸過程中命令和數(shù)據(jù)有SCK和SEN信號控制，并遵循下列規(guī)則：數(shù)據(jù)傳輸時，低位在前，高位在后；每個輸入數(shù)據(jù)在SCK下降沿移入MOSI；當本幀數(shù)據(jù)輸入為24 bit時，當SEN轉為高電平時，將已輸入的24 bit數(shù)據(jù)寫入RF IC內部寄存器；當本幀數(shù)據(jù)輸入不足24 bit或多于24 bit時，放棄本幀輸入，等待下一幀。
射頻SPI接口的最大特點就是采用半雙工通訊機制，串行數(shù)據(jù)的輸入／輸出共用一條數(shù)據(jù)線，因此SPI接口數(shù)據(jù)通路的設計和普通的4線制SPI接口完全不同。
2 實現(xiàn)方案
2.1 總體結構
SPI接口電路主要由讀／寫控制器、串行寄存器組、輸出寄存器組和內部定時器四部分構成，如圖1所示。
在SPI接口模塊中，數(shù)據(jù)交換的核心是串行寄存器組，讀、寫控制器根據(jù)外部方向選擇信號SEN交替控制串行寄存器組的輸人和輸出。
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