SPI는 일련 주변 장치 인터페이스의 기본 사항을 탐색합니다

SPI (Serial Peripheral Interface) 프로토콜은 디지털 통신 영역, 특히 강력한 고속 데이터 교환이 필요한 임베디드 시스템에서 초석으로 나타납니다.SPI는 마이크로 컨트롤러와 주변 장치 간의 원활한 데이터 흐름을 용이하게하기 위해 원래 개발 된 SPI는 전이중 동기 기능으로 구별되어 동시 양방향 통신을 보장합니다.이 프로토콜은 마스터 슬레이브 아키텍처를 사용하여 4 개의 주요 라인을 사용하여 (MOSI)의 마스터 아웃;마스터, 슬레이브 아웃 (miso);시계 (SCK);및 슬레이브 SELECT (SS) - 데이터 전송을위한 제어되고 효율적인 환경을 구축합니다.SPI는 3 와이어 및 멀티 IO 설정을 포함한 다양한 운영 모드 및 구성을 지원함으로써 다양한 기술 요구에 적응하여 자동차 전자 제품, 산업 제어 시스템 및 소비자 전자 제품과 같은 다양한 부문에서 광범위한 응용 프로그램을 뒷받침합니다.이 심층적 인 탐사는 SPI의 기술적 복잡성을 탐구하여 현대 전자 설계 및 시스템의 주요 역할과 함께 구성, 트랜잭션 유형 및 프로그래밍에 대해 논의합니다.

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그림 1 : SPI (Serial Peripheral Interface) 버스

SPI의 기능과 특성

SPI (Serial Peripheral Interface) 버스는 마스터 장치와 여러 슬레이브 장치 간의 빠른 전이중, 동기식 데이터 전송의 핵심입니다.다른 프로토콜과 달리 SPI는 마스터 아웃, 슬레이브 in (MOSI), Mas이 설정을 통해 다양한 응용 프로그램에 대한 효율적이고 강력한 데이터 처리가 가능합니다.

그림 2 : 마스터 슬레이브 구성

SPI 시스템에서 데이터는 양방향으로 동시에 흐르면 실시간 통신이 가능합니다.마스터는 MOSI 라인을 통해 데이터를 슬레이브로 보내고 동시에 미소 라인을 통해 슬레이브로부터 데이터를 수신합니다.SPI 장치는 가장 중요한 비트 (MSB) 또는 가장 유의미한 비트 (LSB)로 시작하여 데이터를 전송할 수 있습니다.이를 위해서는 올바른 비트 시퀀스를 보장하기 위해 장치의 데이터 시트에 따라 신중한 구성이 필요합니다.예를 들어, Arduino 프로젝트에서 기술 참조 및 데이터 시트에 요약 된대로 특정 장치의 요구 사항과 일치하기 위해 자세한 SPI 포트 구성 지침이 필요합니다.

그림 3 : 시계 극성 및 위상

SPI에서 데이터 전송의 정확도는 클럭 극성 (CPOL) 및 위상 (CPHA)을 올바르게 설정하는 데 의존하여 데이터 비트가 어떻게 정렬되고 통신 중에 캡처되는지 결정합니다.SPI는 다양한 타이밍 요구를 수용하기 위해 4 가지 모드를 지원합니다.

• 모드 0 (CPOL = 0, CPHA = 0)

시계는 유휴 상태입니다.데이터 비트는 시계의 상승 가장자리에 캡처되어 하락 가장자리에서 전송됩니다.첫 번째 상승 시계 펄스 전에 데이터가 준비되어야합니다.

• 모드 1 (CPOL = 0, CPHA = 1)

시계는 유휴 상태입니다.데이터 비트는 하락 가장자리에서 캡처되고 다음 상승 가장자리에서 전송됩니다.

• 모드 2 (CPOL = 1, CPHA = 0)

시계는 유휴 상태입니다.데이터는 하락 가장자리에서 캡처되어 상승 ​​가장자리에서 전송됩니다.첫 번째 떨어지는 시계 펄스 전에 데이터가 준비되어야합니다.

• 모드 3 (CPOL = 1, CPHA = 1)

시계는 유휴 상태입니다.데이터 비트는 상승 가장자리에서 캡처되고 하락 가장자리에서 전송됩니다.

각 모드는 데이터 비트를 클록 전환과 정확하게 정렬하여 데이터 무결성을 보장하고 데이터 손상을 방지하며 마스터 및 슬레이브 장치 간의 신뢰할 수있는 교환을 보장합니다.

주요 용어의 용어집

SPI 프로토콜을 이해하려면 장치 상호 작용을 정의하는 다음 주요 용어를 알아야합니다.

CLK (Serial Clock) : 이것은 마스터 장치에 의해 제어되는 타이밍 신호이며, 통신 중에 데이터 비트가 샘플링되고 이동하는시기를 결정합니다.SPI 버스에서 데이터 전송에 대한 리듬을 설정합니다.

SSN (SLAVE SELECT) : 마스터가 관리하는이 활성 제어 신호는 통신을위한 활성 슬레이브 장치를 선택합니다.이 신호가 낮 으면 슬레이브 장치가 데이터를 수신하거나 마스터에게 데이터를 보낼 준비가되었음을 나타냅니다.

MOSI (Master Out, Slave In) :이 데이터 채널은 마스터에서 슬레이브로 정보를 보냅니다.클럭 신호에 따라 데이터 가이 라인을 통해 흐르고, 비트가 마스터에서 하나 이상의 노예로 순차적으로 전송되도록합니다.

MISO (MasMOSI 라인을 보완하여 SPI 프레임 워크 내에서 양방향 데이터 교환을 가능하게합니다.

CPOL (Clock Polarity) :이 설정은 데이터 전송이 발생하지 않을 때 클럭 라인이 높거나 낮은 지 여부를 결정합니다.유휴 상태의 안정성과 다음 데이터 전송에 대한 준비에 영향을 미칩니다.

CPHA (클럭 위상) : 데이터를 샘플링 해야하는시기를 지정합니다. 사이클의 시작 부분 또는 사이클 중간에서 발생하는 가장자리에서 클럭 가장자리에서.시계 펄스와 정확하게 데이터 비트를 정렬하는 것이 중요합니다.

슬레이브 선택 및 데이지 체인 방법과의 연결 마스터 링

그림 4 : 다중 슬레이브 선택 구성

마스터 SPI 장치가 여러 노예와 통신하면 각 슬레이브에는 자체 슬레이브 SELECT (SS) 라인이 있습니다.이 설정은 데이터 충돌을 방지하고 마스터가 전송하는 명령 또는 데이터가 의도 한 슬레이브에만 도달하도록합니다.Mas노예와의 반품 커뮤니케이션이 필요하지 않은 경우 마스터는 여러 SS 라인을 동시에 여러 노예에게 방송하거나 데이터를 방송 할 수 있습니다.

마스터에서 사용 가능한 I/O 핀보다 더 많은 슬레이브 장치가 필요한 시스템의 경우 디코더 또는 디 뮬 리플렉저와 같은 하드웨어를 사용하여 I/O 확장 (예 : 74HC (t) 238)가 사용됩니다.이를 통해 단일 마스터는 몇 개의 제어 라인을 여러 SS 라인으로 디코딩하여 많은 노예를 효율적으로 관리 할 수 ​​있습니다.

그림 5 : 데이지 체인 구성

데이지 체인 구성

데이지 체인 토폴로지는 단일 SS 라인을 사용하여 여러 슬레이브 장치를 직렬로 연결합니다.마스터는 데이터를 첫 번째 슬레이브로 보내서 처리하고 다음 슬레이브에게 전달합니다.이것은 마지막 슬레이브까지 계속되며, 이로 인해 메소 라인을 통해 데이터를 마스터로 다시 보낼 수 있습니다.이 구성은 배선을 단순화하고 각 장치가 이전 모델을 통과하는 데이터가 필요한 순차적으로 제어되는 LED 어레이와 같은 응용 프로그램에 유용합니다.

이 방법은 각 슬레이브가 데이터를 올바르게 해석하고 전달하도록하기 위해 정확한 타이밍 및 데이터 처리가 필요합니다.SPI 마스터는 체인의 각 슬레이브에 대한 전파 지연 및 설정 시간을 수용하기 위해 시계 및 데이터 흐름을 세 심하게 관리해야합니다.

SPI의 효과적인 프로그래밍 전략

SPI를위한 프로그래밍에는 마이크로 컨트롤러를 내장 된 SPI 주변 장치와 연결하여 고속 데이터 전송을 가능하게합니다.Arduino 사용자의 경우 SPI 커뮤니케이션을 구현하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.

Shift 명령 사용

첫 번째 메소드는 shiftIn () 및 shiftout () 명령을 사용합니다.이러한 소프트웨어 중심 명령은 핀을 선택하는 데 유연성을 허용하며 모든 디지털 I/O 핀에서 사용할 수 있습니다.이 다양성은 다양한 하드웨어 설정에 유용합니다.그러나이 방법은 비트 조작 및 타이밍을 처리하기 위해 소프트웨어에 의존하기 때문에 하드웨어 중심의 SPI에 비해 낮은 속도로 작동합니다.

SPI 라이브러리 사용

두 번째 방법은보다 효율적이며 SPI 라이브러리를 사용하는 것이 포함되며 Arduino의 온보드 SPI 하드웨어에 직접 액세스합니다.이로 인해 데이터 환율이 훨씬 빠릅니다.그러나이 방법은 마이크로 컨트롤러의 아키텍처에 의해 정의 된 특정 SPI 디자인 된 핀에 사용됩니다.

SPI 통신을 프로그래밍 할 때는 데이터 시트에서 연결된 장치의 사양을 따르는 것이 중요합니다.여기에는 올바른 비트 순서 (MSB 또는 LSB First)를 설정하고 클럭 단계 (CPHA) 및 극성 (CPOL)을 정확하게 구성하는 것이 포함됩니다.Arduino의 SPI 라이브러리는 SetBitorder (), setDatamode () 및 setClockDivider ()와 같은 기능을 제공하여 이러한 매개 변수를 조정하여 다양한 SPI 장치와 부드럽고 호환되는 상호 작용을 보장합니다.

Arduino 보드의 경우 Chip Select (CS) 핀 관리는 필수입니다.Arduino UNO와 같은 구형 보드는 통신 세션을 시작하고 종료하기 위해이 핀의 수동 제어가 필요합니다.차이점에서 Arduino Due와 같은 최신 모델은 자동 CS 제어를 제공하여 SPI 작업을보다 쉽고 신뢰할 수 있도록합니다.

SPI 버스 구성 : 3 와이어 및 멀티오오 설정

SPI 프로토콜은 표준 4 와이어 설정을 포함한 다양한 구성과 3 와이어 및 멀티오오오 모드와 같은 특수 형식을 통해 다양한 운영 요구에 적응합니다.

그림 6 : 3 와이어 구성

3 와이어 구성

3 와이어 모드는 Mas이렇게하면 필요한 핀의 총 수를 3으로 줄입니다 : 결합 된 데이터 라인, 클럭 라인 (CLK) 및 슬레이브 선택 라인 (SS).반 듀플렉스 모드에서 작동하면이 설정은 주어진 시간에 데이터를 보내거나받을 수 있지만 동시에 둘 다 아닙니다.핀 카운트를 줄이는 것은 GPIO 가용성이 제한된 장치에 유리하지만이 설정은 데이터 처리량을 제한합니다.공간과 하드웨어 단순성 보존이 우선 순위이며 고속 데이터 전송이 덜 위험한 응용 프로그램에 적합합니다.

그림 7 : 멀티오오 구성

멀티오오 구성

듀얼 및 쿼드 I/O 모드를 포함한 멀티오오 구성은 기존 SPI에서 볼 수있는 단일 줄을 넘어 데이터 라인을 확장합니다.이 모드는 데이터 전송에 2 ~ 4 줄을 사용하여 동시 양방향 데이터 흐름을 가능하게하여 훨씬 빠른 데이터 속도를 허용합니다.이 기능은 속도가 고정되는 고성능 환경에서 특히 유리합니다.

ual i/o: 표준 단일 라인 설정과 비교하여 데이터 전송 속도를 효과적으로 두 배로 늘리는 두 개의 데이터 라인을 사용합니다.

쿼드 I/O: 4 개의 데이터 라인을 사용하여 처리량과 효율성이 크게 증가합니다.이 모드는 특히 4 개의 라인 모두에서 데이터를 동시에 전송할 수있는 플래시 스토리지와 같은 비 휘발성 메모리 장치에서 직접 실행 (XIP) 작업에 효과적입니다.

이 향상된 I/O 모드는 격차를 해소합니다 일반적으로 더 많은 핀이 필요한 기존의 평행 인터페이스 사이 비슷한 데이터 속도와 더 핀 효율적인 직렬 설정.증가함으로써 데이터 라인 수, 멀티오이오 구성 성능 향상 핀 수와 운영 효율성 사이의 균형을 유지하여 광범위한 고속 데이터 애플리케이션에 적합합니다.

간단한 SPI 쓰기 트랜잭션 실행

SPI 플래시 메모리에 대한 쓰기 트랜잭션을 실행하려면 마스터와 슬레이브 장치 간의 데이터 무결성과 효과적인 통신을 보장하기위한 정확한 명령 시퀀스가 ​​포함됩니다.작업은 Mas이 단계는 특정 슬레이브 장치가 데이터를 수신하도록 준비하므로 핵심입니다.

SS 라인을 활성화 한 후 마스터는 필요한 데이터 바이트와 함께 쓰기 명령을 보냅니다.이 명령은 일반적으로 '쓰기 상태 레지스터'와 같이 수행 할 조치를 지정하고 레지스터의 새 내용을 정의하는 데이터 바이트가 이어집니다.이 단계에서 정밀도는 역동적입니다.명령 또는 데이터의 오류로 인해 잘못된 구성 또는 데이터 손상이 발생할 수 있습니다.이 단계에서, 된장 라인은 데이터가 마스터에게 다시 전송되는 것을 방지하기 위해 고온 상태에 남아 있습니다.이 설정은 거래를 단순화하여 슬레이브에 데이터를 전송하는 데만 중점을 둡니다.

데이터 전송이 완료되면 마스터는 SS 라인을 비활성화하여 트랜잭션의 끝을 표시합니다.이 비활성화는 노예 장치에 통신 세션이 끝났음을 알려 주어 대기로 돌아와 수신 된 데이터를 처리 할 수 ​​있습니다.

SPI 읽기 트랜잭션을 수행하는 방법?

SPI Flash 메모리에서 읽기 트랜잭션을 수행하려면 SLAVE 장치에서 데이터를 정확하게 추출하는 단계별 프로세스가 필요합니다.이 작업을 위해서는 특정 읽기 명령을 슬레이브에 보내고 순차적 인 데이터 검색이 필요합니다.프로세스는 마스터가 슬레이브 선택 (SS) 라인을 활성화하는 것으로 시작합니다.이것은 의사 소통을위한 특정 슬레이브 장치를 분리하고 타겟팅하여 명령이 의도 된 슬레이브에 전적으로 지시되도록합니다.

1 단계 : 읽기 명령을 보냅니다

노예가 선택되면 마스터는 읽기 명령을 보냅니다.이 명령은 슬레이브에서 마스터로 데이터 전송을 시작합니다.이 명령의 정밀도는 슬레이브가 어떤 데이터를 요청하는지 이해하는 것이 중요합니다.

2 단계 : 데이터 검색

명령을 전송 한 후 슬레이브는 요청 된 데이터를 Master In, Miso (Miso) 라인을 통해 마스터에게 다시 전송하기 시작합니다.이 데이터 전송은 마스터의 시계에 의해 제어되는 여러 시계 사이클에서 발생합니다.마스터는 데이터 바이트를 순차적으로 읽으며, 일반적으로 명령의 요구 사항에 따라 사전 정의 된 바이트 수를 포함합니다.

그림 8 : 쿼드 IO SPI 트랜잭션

쿼드 IO SPI 트랜잭션으로 데이터 전송 향상

쿼드 IO SPI 모드는 4 개의 양방향 데이터 라인을 사용하여 플래시 메모리 통신을 향상시킵니다.이 설정은 단일 또는 듀얼 라인 SPI 구성에 비해 데이터 전송 속도를 크게 향상시킵니다.

쿼드 IO 모드의 상세한 분석

트랜잭션은 마스터 장치가 'Fast Read'명령을 보낼 때 시작됩니다.이 명령은 특히 읽기 프로세스 속도를 높이기 위해 최적화되어 있으며, 이는 고성능 컴퓨팅 및 고급 임베디드 시스템과 같이 대량의 데이터에 빠르게 액세스 해야하는 응용 프로그램에 필요합니다.

명령이 전송 된 후 마스터는 24 비트 주소를 전송합니다.이 주소는 데이터를 읽어야하는 플래시 메모리의 정확한 위치를 정확히 찾아냅니다.주소에 따라 8 모드 비트가 전송됩니다.이 모드 비트는 슬레이브 장치의 읽기 매개 변수를 구성하여 특정 성능 요구를 충족하도록 작업을 조정합니다.

명령 및 매개 변수가 설정되면 슬레이브 장치는 데이터를 마스터로 다시 전송하기 시작합니다.데이터는 4 개의 라인에 걸쳐 4 비트 유닛 (Nibbles)으로 전송되며 표준 SPI 모드에 비해 처리량을 효과적으로 4 배로 늘립니다.

쿼드 IO 모드의 장점

쿼드 IO 모드에서 4 개의 I/O 라인을 사용하면 데이터 전송 속도가 증가 할뿐만 아니라 인터페이스의 전체 효율성과 성능도 향상됩니다.이 구성은 데이터 액세스 및 실행에 필요한 시간을 크게 줄여서 고급 플래시 메모리 작업에 적합합니다.

쿼드 IO 트랜잭션에 SPI 연습기 사용

SPI 연습기 도구는 이러한 복잡한 거래를 관리하는 데 매우 중요합니다.강력한 명령 언어를 지원하여 단일 트랜잭션을 통해 표준 4 와이어 설정에서 쿼드 IO 모드로 전환하는 것과 같은 다양한 작동 모드 간의 원활한 전환을 가능하게합니다.이러한 유연성은 SPI 구성의 효율적인 테스트 및 디버깅을 용이하게하여 시스템이 쿼드 IO 기술의 기능을 완전히 활용할 수 있도록합니다.

SPI 버스 거래 개요

SPI (Serial Peripheral Interface) 버스 프로토콜은 데이터 스트림 구조에서 표준화되지 않지만 일반적으로 다른 제조업체의 장치 간 호환성과 상호 운용성을 보장하는 사실상 형식을 사용합니다.이러한 유연성은 SPI가 간단한 센서 데이터 수집에서 복잡한 메모리 및 통신 작업에 이르기까지 다양한 응용 프로그램에 대한 다양한 선택으로 만듭니다.

일반적인 거래 형식

대부분의 SPI 장치는 데이터 교환 프로세스에서 일반적인 패턴을 따릅니다. 일반적으로 다음 단계를 포함합니다.

• 명령 단계

마스터 장치는 명령을 전송하여 트랜잭션을 시작합니다.이 명령은 슬레이브 장치를 읽거나 쓰는 것과 같이 수행 할 작업 유형을 지정합니다.

• 주소 단계

특정 메모리 위치 또는 레지스터와 관련된 작업의 경우 마스터가 주소를 보냅니다.이 주소는 슬레이브에게 정확히 어디에서 읽거나 쓸 수 있는지 알려줍니다.

• 데이터 단계

명령에 따라 데이터는 마스터에서 슬레이브로 전송되거나 그 반대도 마찬가지입니다.쓰기 작업에서 마스터는 데이터를 슬레이브 장치의 지정된 위치에 저장하도록 보냅니다.읽기 작업에서 슬레이브는 요청 된 데이터를 마스터에게 다시 보냅니다.

응용 프로그램 다양성

센서 통합 : SPI의 고속 데이터의 짧은 버스트를 처리하는 능력은 자동차 안전 시스템과 같은 빠른 데이터 업데이트가 필요한 센서에 이상적입니다.

메모리 액세스 : SPI는 플래시 메모리 작업에서 널리 사용되며, 특히 성능과 속도가 위험한 시스템에서 메모리 칩으로의 데이터 전송을 효율적으로 관리합니다.

통신 모듈 : 모뎀 및 네트워크 어댑터와 같은 장치는 신뢰할 수있는 데이터 전송을 위해 SPI를 사용하여 속도와 효율성을 활용하여 원활한 통신을 보장합니다.

SPI의 장점 탐색 : 왜 중요한가?

SPI (Serial Peripheral Interface) 프로토콜은 다양한 전자 애플리케이션에 선호되는 몇 가지 주요 이점을 제공합니다.여기에는 고속 데이터 전송, 간단한 하드웨어 요구 사항 및 여러 주변 장치의 효율적인 관리가 포함됩니다.

SPI의 장점
높은 데이터 전송 속도	SPI는 훨씬 높은 데이터 전송을 지원합니다 표준 비동기 직렬 통신보다 요금.이 고속 빠른 데이터 업데이트가 필요한 응용 프로그램에 기능이 필요하거나 스트리밍 오디오 및 비디오 장치와 같은 실시간 처리, 고속 데이터 수집 시스템 및 마이크로 컨트롤러 간의 통신 센서 및 메모리 모듈과 같은 주변 장치.
간단한 하드웨어	SPI를 통해 데이터를 수신하려면 최소가 필요합니다 하드웨어, 일반적으로 간단한 시프트 레지스터입니다.이 단순성은 줄어 듭니다 복잡성과 비용, SPI가 공간과 예산이있는 시스템에 이상적입니다. 제약.시프트 레지스터는 표준 디지털 레지스터, 기존에 SPI의 통합 완화 디지털 시스템.
다중의 효율적인 관리 주변 장치	SPI는 취급에 매우 효율적입니다 다중 주변 장치.복잡한 버스가 필요한 다른 프로토콜과 달리 SPI는 각 장치에 대한 관리 또는 추가 신호 전달을 사용합니다. 여러 장치를 관리하기위한 라인.SPI 버스의 각 슬레이브 장치는 될 수 있습니다 자체 SS 라인을 통해 개별적으로 주소를 지정하여 쉽게 확장 할 수 있습니다. 코어에 대한 상당한 변화없이 더 많은 주변 장치를 포함하십시오 커뮤니케이션 프로토콜.
응용 프로그램의 다양성	SPI의 다양성은 분명합니다 다양한 분야에 걸쳐 광범위한 채택.내장 시스템에서 소비자 전자 제품에 대한 자동차 및 산업 응용 통신, SPI는 신뢰할 수 있고 효율적인 방법을 제공합니다. 중앙 컨트롤러와 그 사이의 단기 통신 주변 장치.다른 시계 주파수에서 작동하는 능력 구성 (예 : 다양한 수의 데이터 라인)이 추가로 향상됩니다. 특정 프로젝트 요구 사항에 대한 적응성.

SPI 사용의 도전과 단점

SPI (Serial Peripheral Interface) 프로토콜은 수많은 장점을 제공하지만 특정 응용 프로그램에 대한 적합성에 영향을 줄 수있는 특정 제한 사항도 있습니다.이러한 단점을 고려하면 시스템 설계 및 올바른 통신 프로토콜을 선택하는 데 중요합니다.

SPI의 단점
신호 라인 요구 사항 증가	SPI는 신호 라인보다 더 많은 신호 라인이 필요합니다 I²C 또는 UART와 같은 더 간단한 통신 방법.일반적인 SPI 설정이 필요합니다 최소 4 줄 : 시계 (clk), (MOSI), 노예 마스터 Out (MISO) 및 SLAVE SELECT (SS).여러 줄에 대한 필요성이 증가합니다 배선 복잡성, 특히 많은 주변 장치가있는 시스템에서.이것은 이끌 수 있습니다 신호 무결성 및 물리적 레이아웃 제약 조건과 관련된 문제.
사전 정의 된 통신 프로토콜	SPI는 잘 정의 된 것이 필요합니다 구현 전 구조화 된 통신 프로토콜.지원하지 않습니다 임시 또는 비행 비행 데이터 전송, 동적 유연성 제한 배포 후 통신 요구가 변경 될 수있는 시스템.각 거래는 마스터 장치에 의해 명시 적으로 시작되고 제어되어야합니다. 소프트웨어를 복잡하게 할 수있는 사전 정의 된 명령 및 응답으로 오버 헤드 및 시스템 확장 성.
마스터 제어 커뮤니케이션	SPI 설정에서 마스터 장치 직접 피어 투 피어에 대한 기본 지원없이 모든 커뮤니케이션을 제어합니다. 슬레이브 장치 간의 커뮤니케이션.이 중앙 집중식 제어는 발생할 수 있습니다 비 효율성 및 병목 현상, 특히 다중의 복잡한 시스템에서 장치는 마스터를 포함하지 않고 독립적으로 상호 작용해야합니다.
여러 SS 라인 관리	여러 슬레이브 SELECT (SS) 라인을 처리합니다 주변 장치의 수가 증가함에 따라 번거 롭습니다.각 슬레이브 장치 SPI 버스에는 마스터가 제어하는 ​​고유 한 SS 라인이 필요합니다. 마스터 장치의 GPIO 복잡한 (일반 목적 입력/출력) 구성 및 소프트웨어.특히이 라인을 효과적으로 관리합니다 더 많은 장치를 포함하도록 시스템을 확장 할 때는 설계를 높이고 운영 오버 헤드.

기술 분야의 SPI (Serial Peripheral Interface)의 응용

SPI의 유연성과 높은 데이터 전송률은 센서 네트워크에서 자동차 전자 제품에 이르기까지 산업 전반의 다양한 응용 프로그램에 이상적입니다.다음은 SPI가 다른 분야에서 어떻게 사용되는지에 대한 자세한 내용입니다.

그림 9 : 센서 네트워크

SPI는 특히 기상 관측소와 같은 데이터 집약적 환경에서 센서 네트워크에 정착하고 있습니다.온도, 습도 및 대기압을 모니터링하는 마이크로 컨트롤러와 센서 간의 빠르고 효율적인 데이터 교환을 가능하게하여 실시간 데이터 수집 및 처리가 가능합니다.

그림 10 : 메모리 장치

메모리 저장에서 SPI는 플래시 메모리 칩 및 EEPROM과 함께 널리 사용됩니다.고속 데이터 읽기 및 쓰기를 지원하여 임베디드 시스템이 효율적인 데이터 저장 작업을 수행 할 수있게 해주므로 빈번한 데이터 업데이트 또는 검색이 필요한 응용 프로그램에 동적입니다.

그림 11 : 디스플레이 모듈

LCD 및 OLED 패널과 같은 기술은 SPI를 사용하여 마이크로 컨트롤러로부터 데이터를 수신합니다.이를 통해 디지털 시계, MP3 플레이어 및 스마트 웨어러블과 같은 사용자 상호 작용 및 시각적 피드백이 필요한 장치에 필요한 디스플레이 컨텐츠의 동적 업데이트가 가능합니다.

그림 12 : 통신 모듈

SPI는 Wi-Fi, Bluetooth 및 RF 송수신기와 같은 통신 모듈을 향상시킵니다.이 장치는 최신 상호 연결된 장치에 필수적인 무선 통신 링크를 설정하고 유지하는 데 필요한 복잡한 데이터 스트림을 처리 할 수 ​​있습니다.

그림 13 : 모터 제어

모터 제어 응용 분야에서 SPI는 모터 드라이버 IC와 통신하여 속도 및 방향과 같은 매개 변수를 조절합니다.이는 정확한 모터 제어가 성능과 신뢰성에 직접적인 영향을 미치는 로봇 공학, 산업 자동화 및 차량 시스템에서 중요합니다.

그림 14 : 오디오 인터페이스

디지털 오디오 시스템의 경우 SPI는 마이크로 컨트롤러를 오디오 코덱 또는 DAC (Digital-to-Analog Converter)에 연결하여 완벽한 디지털 오디오 전송을 보장합니다.

그림 15 : 산업 제어 시스템

SPI는 PLC (Programmable Logic Controllers)를 센서 및 액추에이터와 연결하여 산업 제어 시스템을 지원합니다.이는 산업 공정의 실시간 모니터링 및 제어를위한 역동적이며 운영 효율성 및 안전성을 향상시킵니다.

그림 16 : 데이터 수집 시스템

데이터 수집 시스템에서 SPI는 정확한 신호 변환을 위해 아날로그-디지털 변환기 (ADC) 및 DACS (Digital-to-Analog Converter)와 인터페이스합니다.이는 디지털 시스템을 통한 물리적 프로세스의 정확한 모니터링 및 제어가 필요한 응용 프로그램에 유용합니다.

그림 17 : 자동차 전자 장치

자동차 기술에서 SPI는 마이크로 컨트롤러와 센서, 액추에이터 및 전자 제어 장치 (ECU)를 포함한 다양한 차량 서브 시스템 간의 통신을 가능하게합니다.이 통합은 엔진 기능, 진단 및 인포테인먼트 시스템을 관리하는 데 필요하며, 현대 차량의 전반적인 안전성 및 기능에 기여합니다.

그림 18 : 임베디드 시스템

SPI의 단순성과 효율성은 공간과 전력 효율성이 종종 제약 인 임베디드 시스템에 이상적입니다.다양한 주변 장치와 원활하게 인터페이스하는 기능은 여러 산업의 임베디드 애플리케이션에서 광범위한 사용을 지원합니다.

결론

간단히 말해서, SPI (Serial Peripheral Interface) 프로토콜은 고속 데이터 전송 기능과 유연한 구성 옵션에 의해 구동되는 전자 및 컴퓨팅 산업에서 필수 도구로 두드러집니다.간단한 센서 네트워크에서 복잡한 메모리 및 통신 작업에 이르기까지 SPI의 아키텍처는 광범위한 응용 프로그램을 제공하여 효율적이고 확장 가능하며 신뢰할 수있는 데이터 커뮤니케이션 솔루션을 찾는 설계자에게 선호되는 선택입니다.신호 라인 요구 사항이 증가하고 정확한 마스터 제어 통신의 필요성과 같은 문제에 직면하지만, 하드웨어 요구 사항의 단순성과 여러 주변 장치를 효율적으로 관리하는 능력을 포함하여 SPI의 이점은 이러한 한계를 크게 능가합니다.전자 장치가 더 큰 복잡성과 더 높은 성능 수요로 계속 발전함에 따라 SPI의 역할은 확장 될 준비가되어 있으며, 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 기술 솔루션 개발에 안전하지 않은 구성 요소로 더 임베드됩니다.쿼드 IO 모드와 같은 SPI 구성의 지속적인 개선 사항은 미래의 기술 문제를 충족시킬 수있는 프로토콜의 적응성과 잠재력을 강조하여 디지털 커뮤니케이션 프레임 워크 발전에 지속적인 관련성과 유용성을 보장합니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. SPI 프로토콜의 4 가지 모드는 무엇입니까?

SPI 프로토콜은 4 개의 모드로 작동하며,이 모드는 클럭 극성 (CPOL) 및 CPHA (Clock Phase) 설정으로 구별됩니다.

모드 0 (CPOL = 0, CPHA = 0) : 낮은 시계의 시계가 유휴 상태이며 클록의 상승 가장자리에서 데이터가 캡처되어 하강 에지에서 전파됩니다.

모드 1 (CPOL = 0, CPHA = 1) : 시계는 낮은 곳에서 공회전하지만 데이터는 하락 가장자리에서 캡처되어 상승 ​​가장자리에서 전파됩니다.

모드 2 (CPOL = 1, CPHA = 0) : 클록은 높이에서 유휴 상태가되고, 데이터가 떨어지는 가장자리에 캡처되어 상승 ​​가장자리에서 전파되었습니다.

모드 3 (CPOL = 1, CPHA = 1) : 시계는 높이 유휴 상태이며 데이터는 상승 가장자리에서 캡처되어 하락 가장자리에서 전파됩니다.

2. SPI 인터페이스 형식은 무엇입니까?

SPI 인터페이스는 일반적으로 네 가지 주요 라인으로 구성됩니다.

(MOSI)의 마스터 아웃 슬레이브 : 마스터 장치에서 사용하는 라인은 슬레이브에 데이터를 보냅니다.

Mas

CLOCK (SCK) : 마스터에 의해 제어되는이 라인은 데이터 전송을 동기화합니다.

슬레이브 선택 (SS) : 마스터가 구동하는이 라인은 활성 슬레이브 장치를 선택합니다.

3. 직렬과 SPI의 차이점은 무엇입니까?

직렬 통신 (UART와 같은)과 SPI의 주요 차이점은 구성과 복잡성입니다.직렬 통신은 일반적으로 두 개의 와이어 (전송 및 수신)를 사용하며 데이터 동기화가 데이터 스트림에 포함되어 있기 때문에 클럭 라인이 필요하지 않습니다.대조적으로, SPI는 별도의 클럭 라인 (SCK)과 전송 및 수신을위한 별개의 데이터 라인을 갖는 버스와 같은 구조입니다 (MOSI 및 MISO).이로 인해 SPI가 더 빠르지 만 SS 라인을 사용하여 더 많은 라인과 노예 장치를 신중하게 관리해야합니다.

4. SPI 통신에 몇 개의 와이어가 사용됩니까?

SPI 통신은 4 개의 와이어를 사용합니다.

Mosi (Master Out Slave In)

MISO (Master in Slave Out)

SCK (직렬 시계)

SS (슬레이브 선택)

5. SPI 장치를 연결하는 방법은 무엇입니까?

SPI 장치를 연결하려면 다음 단계를 따르십시오.

마스터의 모시를 각 노예의 모시에 연결하십시오.

마스터 의장을 각 노예의 된장에 연결하십시오.

마스터의 SCK를 각 노예의 SCK에 연결하십시오.

각 슬레이브의 SS 핀은 마스터의 고유 한 SS 출력에 개별적으로 연결되어야합니다.

신호 무결성을 보장하기 위해 모든 장치에서 접지선이 일반적이어야합니다.