CN103838700A - 电平复用控制串行通信装置及其通信方法 - Google Patents

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乔晓华
孙玉霞
王为善
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Abstract

本发明提供一种电平复用控制串行通信装置，包括主机、从机和LMSPI总线；LMSPI总线包括串行数据信号线、串行数据应答线和与主机片选信号输出端的数量相同的片选信号线；各从机通过LMSPI总线与主机信号电连接；通信方法包括主机输出片选信号选定与之通信从机；从机接收到主机的命令后，主机向该从机发送数据；从机接收数据后向主机发送作为应答信号的低电平；主机接收到应答信号后向从机发送高电平信号；从机接收到主机信号后，主机向从机发送数据；从机接收数据向主机发送高电平作为应答信号。本发明结构简单、成本较低、性价比高；中断时数据不会丢失可靠性好；通信速率比传统SPI通信方法快16倍左右且可以进行多机通讯。

Description

电平复用控制串行通信装置及其通信方法
技术领域
本发明涉及计算机数据通信技术领域，具体涉及一种电平复用控制串行通信装置及其通信方法。
背景技术
SPI(Serial Peripheral Interface)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI的三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR、状态寄存器SPSR和数据寄存器SPDR。SPI总线系统可直接与FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线或3条线。4线SPI总线由串行时钟线SCLK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI。3线SPI总线由选信号线SS_N,串行时钟信号线SCLK和串行数据信号线SDATA组成，其中SDATA为双向管脚，数据发送阶段为输出管脚，数据接收阶段为输入管脚，相当于把4线SPI总线中的主出/从入数据线MOSI和主入/从出数据线MISO合二为一。SPI一共有11位有用信号，每位信号差分成两个信号用来提高传输抗干扰性，在物理连接上用标准25芯D型插头座（DB25)传输，因此连线多且复杂，传输距离短，容易出现故障。而ASI(异步串行接口）用串行传输，只需要一根同轴电缆线，连线简单，传输距离长。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。
SPI通信是一种同步串行全双工通信方式，其通信方式为主从工作方式，只有片选信号为预先规定的使能信号时，在SCLK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。SCLK的上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。上升沿到来的时候，MISO上的电平将被发送到从设备的寄存器中。下降沿到来的时候，MOSI上的电平将被接收到主设备的寄存器中。。这样在8次时钟信号的改变，就可以完成9位数据的传输了，直到n位数据发送完毕。
目前使用的SPI串行通信方法还存在如下不足：传统的SPI通讯方式没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，因而当由于一些外部因素干扰使得信号传输中断后，采用SPI通信可能出现数据丢失和时间浪费；目前的SPI总线系统使得通信主机上的管脚数较多，在很大程度上限制了控制电路的集成与推广。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本较低、使用时能够大幅度提高通信速度且能够使得程序中断时数据不会丢失的电平复用控制串行通信装置及其工作方法。
本发明的技术方案是：本发明的一种电平复用控制串行通信装置，其结构特点是：包括主机、从机和LMSPI总线；所述的主机设有串行数据输出端、从机应答信号输入端和1个以上的片选信号输出端；从机的数量与主机的片选信号输出端的数量相同；从机设有串行数据输入端、应答信号输出端和片选信号输入端；LMSPI总线包括串行数据信号线DATA、串行数据应答线AK和片选信号线CS；所述的片选信号线CS的根数与主机的片选信号输出端的数量相同；
从机的串行数据输入端通过LMSPI总线的串行数据信号线DATA与主机的串行数据输出端信号电连接；从机的应答信号输出端通过LMSPI总线的串行数据应答线AK与主机的从机应答信号输入端信号电连接；从机的片选信号输入端通过1根LMSPI总线的片选信号线CS与主机相应的1个片选信号输出端信号电连接。
进一步的方案是：所述的主机为应用设备中的主嵌入式芯片；主机的串行数据输出端、从机应答信号输入端和片选信号输出端均为其相应设定的I/O端口；主机的片选信号输出端的最大可设置数量与主机的I/O端口的数量相适应；从机为应用设备中的嵌入式芯片；从机的串行数据输入端、应答信号输出端和片选信号输入端均为其设定的I/O端口。
一种上述的电平复用控制串行通信装置的通信方法，包括以下步骤：
①主机通过片选信号输出端输出低电平片选信号确定与之通信的从机；
②从机接收到主机的命令后，主机向该从机发送数据；
③从机接收数据后，从机向主机发送作为应答信号的低电平；
④主机接收到应答信号后向从机发送高电平信号；
⑤从机接收到主机信号后，主机向从机发送数据；
⑥从机接收数据后向主机发送高电平作为应答信号；
⑦重复步骤②至步骤⑥直至数据发送完毕。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的电平复用控制串行通信装置，结构简单、成本较低、性价比高。（2）本发明的电平复用控制串行通信装置，能够有效节约通讯系统主机端的管脚数，且与传统的SPI通信方法相比，在传输数据过程中出现中断时数据不会出现丢失的现象，可靠性好。（3）本发明的电平复用控制串行通信方法，在不同频率时钟芯片控制下，不同型号的嵌入式芯片均可进行通信，通信速率比传统的SPI通信方法快16倍左右，并且可以进行多机通讯。（4）本发明的电平复用控制串行通信方法，当程序被中断后，主机对数据一直处于发送状态，直至收到从机发送的应答命令，再发送下一位数据，因而中断不会导致数据丢失。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明的数据传输时序逻辑图；
图3为本发明的通信方法中，主机发送数据的流程图；
图4为本发明的通信方法中，从机接收数据的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
电平复用控制串行通信（Level Multiplexing Serial Peripheral Interface），以下简称LMSPI。电平复用控制技术是无论片选信号处于高电平还是低电平，该信号都可作为一组数据传输的有效控制信号。
见图1，本实施例的电平复用控制串行通信装置，主要由主机、LMSPI总线和从机组成。
主机为应用设备中的主嵌入式芯片。主机设有串行数据输出端、从机应答信号输入端和片选信号输出端；主机的片选信号输出端设有1至n个，n的最大数量与主机的I/O端口的数量相适应；换句话说，主机的片选信号输出端的最大数量n受主机的I/O端口的数量限制。主机的各端口均为其相应设定的I/O口。
从机为应用设备中的嵌入式芯片。从机设有串行数据输入端、应答信号输出端和片选信号输入端。从机的各端口均为其设定的I/O口。从机设置有1至n台，分别为从机1、从机2、……从机n。从机的台数n与主机的片选信号输出端的数量n相同。 
LMSPI总线由串行数据信号线DATA、串行数据应答线AK和片选信号线CS组成。其中，片选信号线CS包括片选信号线CS1、片选信号线CS2、……片选信号线CSn。片选信号线CS的根数n与主机的片选信号输出端的数量n相同。
各从机的串行数据输入端通过LMSPI总线的串行数据信号线DATA与主机的串行数据输出端信号电连接；各从机的应答信号输出端通过LMSPI总线的串行数据应答线AK与主机的从机应答信号输入端信号电连接；各从机的片选信号输入端通过LMSPI总线的1根片选信号线CS与主机相应的1个片选信号输出端信号电连接。
参见图2至图4，本实施例的电平复用控制串行通信装置，其通信方法主要包括以下步骤：
①主机通过片选信号输出端输出低电平片选信号确定与之通信的从机；
②从机接收到主机的命令后，主机向该从机发送数据；
③从机接收数据后，从机向主机发送作为应答信号的低电平；
④主机接收到应答信号后向从机发送高电平信号；
⑤从机接收到主机信号后，主机向从机发送数据；
⑥从机接收数据后向主机发送高电平作为应答信号；
⑦重复步骤②至步骤⑥直至数据发送完毕。
本实施例的电平复用控制串行通信装置及其通信方法，其工作原理与过程简述如下：
本实施例的电平复用控制串行通信装置，根据片选信号的不同选择不同的从机进行通讯，串行数据信号线DATA和串行数据应答线AK作为通讯中的数据总线；当片选信号为预先规定的使能低电平信号时，从机接受应答信号，此时从机可以接收第一位数据传输；当数据接收完成后，从机给出低电平应答信号；主机接收到应答信号后，将片选信号改为高电平，此时从机可以接收第二位数据传输；当数据接收完成后，从机给出高电平应答信号；以此类推。当CS信号为低电平时，第1,3,5，7…奇数位数据D0、D2、D4、D6…可以发送到从机上，而当CS信号为高电平时，第2,4,6,8…偶数位数据D1、D3、D5、D7…可以发送到从机上；重复前述动作，直至n位数据全部发送完毕。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种电平复用控制串行通信装置，其特征在于：包括主机、从机和LMSPI总线；所述的主机设有串行数据输出端、从机应答信号输入端和1个以上的片选信号输出端；从机的数量与主机的片选信号输出端的数量相同；从机设有串行数据输入端、应答信号输出端和片选信号输入端；LMSPI总线包括串行数据信号线DATA、串行数据应答线AK和片选信号线CS；所述的片选信号线CS的根数与主机的片选信号输出端的数量相同；
从机的串行数据输入端通过LMSPI总线的串行数据信号线DATA与主机的串行数据输出端信号电连接；从机的应答信号输出端通过LMSPI总线的串行数据应答线AK与主机的从机应答信号输入端信号电连接；从机的片选信号输入端通过1根LMSPI总线的片选信号线CS与主机相应的1个片选信号输出端信号电连接。
2.根据权利要求1所述的电平复用控制串行通信装置，其特征在于：所述的主机为应用设备中的主嵌入式芯片；主机的串行数据输出端、从机应答信号输入端和片选信号输出端均为其相应设定的I/O端口；主机的片选信号输出端的最大可设置数量与主机的I/O端口的数量相适应；从机为应用设备中的嵌入式芯片；从机的串行数据输入端、应答信号输出端和片选信号输入端均为其设定的I/O端口。
3.一种由权利要求1所述的电平复用控制串行通信装置的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
①主机通过片选信号输出端输出低电平片选信号确定与之通信的从机；
②从机接收到主机的命令后，主机向该从机发送数据；
③从机接收数据后，从机向主机发送作为应答信号的低电平；
④主机接收到应答信号后向从机发送高电平信号；
⑤从机接收到主机信号后，主机向从机发送数据；
⑥从机接收数据后向主机发送高电平作为应答信号；
⑦重复步骤②至步骤⑥直至数据发送完毕。
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