CN105512078A - 一种spi总线的驱动方法、系统及电子设备 - Google Patents

一种spi总线的驱动方法、系统及电子设备 Download PDF

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Abstract

一种SPI总线的驱动方法、系统及电子设备。本发明提供一种SPI总线的驱动系统，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动系统包括：第一转换模块，用于将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；第二转换模块，用于再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。本发明所述的SPI总线的驱动系统在没有增加中央处理器的工作量的同时提高了SPI总线输出信号的驱动能力和抗干扰性，延长了数据传输距离。

Description

一种SPI总线的驱动方法、系统及电子设备
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种驱动方法及系统，特别是涉及一种SPI总线的驱动方法、系统及电子设备。
背景技术
SPI是串行外设接口(SerialPeripheralInterface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。SPI总线由于其成本低且使用简单而在电子设备中广泛使用。由于SPI总线采用TTL电平，驱动能力和抗干扰能力差，传输距离非常有限，因此主要用于电子设备内部通信，并不适合用于电子设备之间的通信。然而，近年来越来越多的传感器采用了SPI总线与电子设备进行设备间通信。
但是在现有技术中，使用SPI总线仅可以在电子设备内部通信，不使用电子设备间的通信造成通信距离有限，且SPI总线输出的信号驱动能力差，抗干扰能力低。
因此，如何提供一种SPI总线的驱动方法、系统及电子设备，以解决现有技术中使用SPI总线仅可以在电子设备内部通信，不使用电子设备间的通信造成通信距离有限，且SPI总线输出的信号驱动能力差，抗干扰能力低等种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SPI总线的驱动方法、系统及电子设备，用于解决现有技术中使用SPI总线仅可以在电子设备内部通信，不使用电子设备间的通信造成通信距离有限，且SPI总线输出的信号驱动能力差，抗干扰能力低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种SPI总线的驱动方法，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动方法包括以下步骤：将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。
本发明另方面提供一种SPI总线的驱动系统，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动系统包括：第一转换模块，用于将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；第二转换模块，用于再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。
于本发明的一实施例中，所述SPI总线的驱动系统分别与主通信设备和多个从通信设备通过SPI总线连接。
于本发明的一实施例中，所述SPI总线的驱动系统采用型号为RS485的转换芯片。
于本发明的一实施例中，当所述SPI总线的驱动系统与N个从通信设备通过SPI总线连接时，所述SPI总线的驱动系统内部包括与转换模块连接的N个第二转换模块。
于本发明的一实施例中，所述TTL电平信号包括数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号。
于本发明的一实施例中，所述第一转换模块包括：用于将数据TTL电平信号转换成数据差分信号的第一转换单元；及用于将时钟TTL电平信号转换成时钟差分信号的第二转换单元；所述第二转换模块包括：用于将数据差分信号逆转换以恢复成所述数据TTL电平信号的第三转换单元；及用于将时钟差分信号逆转换以恢复成所述时钟TTL电平信号的第四转换单元。
于本发明的一实施例中，所述第一转换单元，第二转换单元，第三转换单元，及第四转换单元分别包括型号为MAX488的无源开关。
于本发明的一实施例中，所述第一转换单元，第二转换单元，第一逆转换单元，及第二逆转换单元还包括与所述无源开关连接的滤波电容。
本发明又一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：信号处理模块，用于在发送通信数据时，通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；或用于在接收所述通信数据时，将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输出去。
如上所述，本发明的SPI总线的驱动方法、系统及电子设备，具有以下有益效果：
本发明所述的SPI总线的驱动方法、系统及电子设备在没有增加中央处理器的工作量的同时提高了SPI总线输出信号的驱动能力和抗干扰性，延长了数据传输距离。
附图说明
图1显示为本发明的SPI总线的驱动方法于一实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的SPI总线的驱动系统于一实施例中原理结构示意图。
图3显示为本发明的SPI总线的驱动系统于一实施例中的应用电路示意图。
图4显示为本发明的电子设备于一实施例中原理结构示意图。
元件标号说明
1主通信设备
2从通信设备
3SPI总线的驱动系统
31第一转换模块
32第二转换模块
311第一转换单元
312第二转换单元
321第三转换单元
322第四转换单元
4电子设备
S1～S4步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种SPI总线的驱动方法，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络。SPI总线的通信是以主从工作模式，主从工作模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。其中，CS是芯片的片选引脚。SPI总线传输数据时，SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。
请参阅图1，显示为SPI总线的驱动方法于一实施例中的流程示意图。所述SPI总线的驱动方法包括以下步骤：
S1，所述主通信设备/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号。所述TTL电平信号包括数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号。
S2，将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输。换句话说就是分别将所述数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号转换成数据差分信号和时钟差分信号。
S3，再将所述差分信号，即数据差分信号和时钟差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，及恢复成数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号。
S4，将恢复的TTL电平信号传输至所述从通信设备/主通信设备。
本实施例所述的SPI总线的驱动方法在没有增加中央处理器的工作量的同时提高了SPI总线输出信号的驱动能力和抗干扰性，延长了数据传输距离。
实施例二
本实施例提供一种SPI总线的驱动系统，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动系统包括：转换模块，用于将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；
逆转换模块，用于再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。
以下结合图示对本实施例所述的SPI总线的驱动系统进行详细阐述。所述SPI总线的通信是以主从工作模式，主从工作模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。其中，CS是芯片的片选引脚。SPI总线传输数据时，SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。
请参阅图2和图3，分别显示为SPI总线的驱动系统于一实施例中原理结构示意图和显示为SPI总线的驱动系统于一实施例中的应用电路示意图。如图2和图3所示，本实施例应用于包括主通信设备1和一个从通信设备2的通信网络中，所述SPI总线的驱动系统3分别通过SPI总线连接主通信设备1和一个从通信设备2。如图2和图3所示，所述SPI总线的驱动系统3包括：第一转换模块31和第二转换模块32。在本实施例中，所述SPI总线的驱动系统3采用型号为RS485的转换芯片。
所述转换模块31用于将所述主通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输。换句话说就是分别将所述数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号转换成数据差分信号和时钟差分信号。因此，如图2所示，所述第一转换模块31包括用于将数据TTL电平信号转换成数据差分信号的第一转换单元311，和用于将时钟TTL电平信号转换成时钟差分信号的第二转换单元312。继续参阅图3，本实施例中所述第一转换单元311和第二转换单元312分别包括型号为MAX488的无源开关(U1和U3)和用于滤波的滤波电容C1和C2。
与所述第一转换模块31连接的所述第二转换模块32用于将所述差分信号，即数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，及恢复成数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号。当所述SPI总线的驱动系统3与N个从通信设备通过SPI总线连接时，所述SPI总线的驱动系统内部包括与转换模块连接的N个第二转换模块。所述第二转换模块32包括：用于将数据差分信号逆转换以恢复成所述数据TTL电平信号的第一逆转换单元321；及用于将时钟差分信号逆转换以恢复成所述时钟TTL电平信号的第二逆转换单元322。继续参阅图3，所述第一逆转换单元321及第二逆转换单元322分别包括型号为MAX488的无源开关(U2和U4)和用于滤波的滤波电容C3和C4。
如图3所示，MAX488的无源开关(U1和U3，U2和U4)包括8个引脚，第一引脚1连接至5V电源上，主通信设备1的SPI总线的M_SDI的数据信号线，M_SDI的数据信号线分别连接在第一转换单元311的MAX488的无源开关U1的第二引脚2和第三引脚3上，时钟信号线M_SCLK连接在第二转换单元312的MAX488的无源开关U3的第三引脚3。第一转换单元311的MAX488的无源开关U1的第五引脚5和第六引脚6分别连接在第三转换单元321的MAX488的无源开关U2的第七引脚7和第八引脚8，第二转换单元312的MAX488的无源开关U3的第五引脚5和第六引脚6连接在第四转换单元322的MAX488的无源开关U4的第七引脚7和第八引脚8上。第三转换单元321MAX488的无源开关U2的第二引脚2和第三引脚3连接有从通信设备2的SPI总线的M_SDI的数据信号线，M_SDI的数据信号线。从通信设备2的SPI总线的时钟信号线M_SCLK连接在第四变换单元322的第二引脚2上。
以下是本实施例所述的SPI总线的驱动系统3的工作原理如下：
当主通信设备1的M_SDO送出高电平时，即U1的DI输入为高电平，MAX488(U1)将强制Y输出为高电平，而Z输出为低电平。
当主通信设备1的M_SDO送出低电平时，即U1的DI输入为低电平，MAX488(U1)将强制Y输出为低电平，而Z输出为高电平。
通过以上方法将单端TTL信号转换为差分信号。该差分信号，在U2的A和B两引脚进入MAX488(U2)内部，若A(Y)>B(Z)200mV，则RO输出为高电平，并送入从通信设备2。若A(Y)<B(Z)200mV，则RO输出为低电平，并送入从通信设备2。由此再将差分信号转换为TTL电平。同理，本实施例中M_SDI和M_SCLK也采用上述技术原理实现的转换，以提高SPI总线信号的驱动能力和抗干扰性，延长数据传输距离。
当所述从通信设备2发送通信数据时，第二转换模块32执行上述第一转换模块31的所有功能，第一转换模块31执行上述第二转换模块32的所有功能。
本实施例还提供一种电子设备4，请参阅图4，显示为电子设备于一实施例中的原理结构示意图。如图4所示，所述电子设备4包括信号处理模块41。
所述信号处理模块41用于在发送通信数据时，通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输。或所述信号处理模块41用于在接收所述通信数据时，将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输出去。
综上所述，本发明所述的SPI总线的驱动方法、系统及电子设备在没有增加中央处理器的工作量的同时提高了SPI总线输出信号的驱动能力和抗干扰性，延长了数据传输距离。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种SPI总线的驱动方法，其特征在于，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动方法包括以下步骤：
将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；
再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。
2.一种SPI总线的驱动系统，其特征在于，应用于通过SPI总线进行通信的，由主通信设备和至少一个从通信设备组成的通信网络，所述SPI总线的驱动系统包括：
第一转换模块，用于将所述主/从通信设备通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；
第二转换模块，用于再将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输至所述从/主通信设备。
3.根据权利要求2所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：所述SPI总线的驱动系统分别与主通信设备和多个从通信设备通过SPI总线连接。
4.根据权利要求2所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：所述SPI总线的驱动系统采用型号为RS485的转换芯片。
5.根据权利要求4所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：当所述SPI总线的驱动系统与N个从通信设备通过SPI总线连接时，所述SPI总线的驱动系统内部包括与转换模块连接的N个第二转换模块。
6.根据权利要求4所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：所述TTL电平信号包括数据TTL电平信号和时钟TTL电平信号。
7.根据权利要求6所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：
所述第一转换模块包括：
用于将数据TTL电平信号转换成数据差分信号的第一转换单元；及
用于将时钟TTL电平信号转换成时钟差分信号的第二转换单元；
所述第二转换模块包括：
用于将数据差分信号逆转换以恢复成所述数据TTL电平信号的第三转换单元；及
用于将时钟差分信号逆转换以恢复成所述时钟TTL电平信号的第四转换单元。
8.根据权利要求7所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：所述第一转换单元，第二转换单元，第三转换单元，及第四转换单元分别包括型号为MAX488的无源开关。
9.根据权利要求8所述的SPI总线的驱动系统，其特征在于：所述第一转换单元，第二转换单元，第一逆转换单元，及第二逆转换单元还包括与所述无源开关连接的滤波电容。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
信号处理模块，用于在发送通信数据时，通过SPI总线输出TTL电平信号转换成差分信号以进行远距离传输；或
用于在接收所述通信数据时，将所述差分信号进行逆转换以恢复成所述TTL电平信号，并将恢复的TTL电平信号传输出去。
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