No mundo dos sistemas embutidos e entusiastas de eletrônicos, o protocolo Serial Peripheral Interface (SPI) desempenha um papel fundamental, particularmente no controle de telas LCD e OLED.Mas quão bem compreende as complexidades do SPIEste artigo aprofunda os princípios básicos do SPI e suas aplicações especializadas em controladores de exibição.
SPI: A faca suíça da comunicação em série
SPI, um protocolo de comunicação serial síncrono originalmente desenvolvido pela Motorola (agora Freescale),tornou-se onipresente em sistemas incorporados para conectar microcontroladores com periféricos como sensoresSua popularidade deriva de sua flexibilidade, capacidade de alta velocidade e implementação de hardware direta.
Linhas de sinal SPI do núcleo
O protocolo SPI padrão utiliza quatro linhas de sinal primárias:
- SCK (Serial Clock):O sinal de relógio gerado pelo dispositivo mestre (normalmente um microcontrolador) para sincronizar a transmissão de dados.
- MOSI (Master Out Slave In):A linha de dados para comunicação mestre-escravo.
- MISO (Mestre em Escravidão):A linha de dados para comunicação escravo-mestre.
- SS (Slave Select):Também conhecido como CS (Chip Select), esta linha ativa um dispositivo escravo específico para comunicação.
Transmissão de dados SPI e Arquitetura Master-Slave
O SPI opera em uma configuração master-slave, onde o mestre inicia todas as comunicações.A operação do protocolo, semelhante a um registo de mudanças, permite a transferência simultânea de dados bidirecionais, embora as implementações práticas muitas vezes exijam fases sequenciais de comando e dados.
SPI em controladores LCD / OLED: o dilema de 3 fios versus 4 fios
Os controladores de exibição geralmente implementam duas variantes do SPI: "SPI de 3 fios" e "SPI de 4 fios", distinguidos principalmente por sua abordagem para diferenciar comandos de dados.
SPI de 4 fios: Separação de comando/dados dedicada
A configuração tradicional de 4 fios inclui:
- SCK (horário)
- SS/CS (chip selecionado)
- MOSI/SDA (dados)
- C/D (comando/seleção de dados)
Esta arquitetura espelha controladores de interface paralelos que mantêm registros de comando e dados separados, usando a linha C / D (às vezes rotulada A0) para alternar entre eles.
3-Wire SPI: Compact Command/Data Encoding
A versão simplificada de 3 fios elimina a linha C/D dedicada, codificando em vez disso esta informação dentro do fluxo de dados:
- SCK (horário)
- SS/CS (chip selecionado)
- MOSI/SDA (dados)
Aqui, um bit adicional (normalmente o MSB) indica se a transmissão contém comandos (1) ou dados (0), criando efetivamente transmissões de 9 bits em vez de transferências padrão de 8 bits.
Implementações híbridas
Alguns controladores empregam codificação de dados de 3 fios enquanto usam fisicamente quatro fios (adicionando MISO para operações de leitura).criação de comunicação bidirecional através de uma única linha de dados.
Escolha entre SPI de 3 fios e 4 fios
Enquanto o SPI de 3 fios reduz as conexões físicas, seu comprimento de transmissão não padrão pode complicar as implementações de SPI de hardware.Processadores modernos com controladores SPI flexíveis podem acomodar transferências de 9 bits, mas muitos sistemas tradicionais acham que o SPI de 4 fios é mais simples de implementar.
SPI Daisy Chaining: Expansão da Conectividade
A arquitetura do SPI, semelhante ao registro de mudanças, torna-o particularmente adequado para dispositivos de cadeia de margarida:
- Dispositivos em cascata comportam-se como registos de turnos interconectados
- Os dados propagam-se através da cadeia através de ligações MISO→MOSI
- O relógio mestre bits suficientes (largura do bit do dispositivo × contagem do dispositivo) antes de bloquear dados
Esta abordagem simplifica os sistemas de vários dispositivos, mas introduz latencia proporcional ao comprimento da cadeia e exige que todos os dispositivos suportem a cadeia de margaridas.
Conclusão
Dominar implementações SPI é essencial para desenvolvedores embutidos que trabalham com tecnologias de exibição.A escolha entre SPI de 3 fios e 4 fios depende das capacidades de hardware específicas e dos requisitos do controladorEnquanto o 3-wire oferece economia de conexão, o 4-wire mantém a compatibilidade com o hardware SPI padrão.
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