[发明专利]循环地址式三线SPI通讯系统

说明书

本发明公开了循环地址式三线SPI通讯系统，属于工业控制技术领域。该系统包括一个主控设备和多个外部设备。主控设备带有CPU，外部设备是数据采集设备或数/模输出设备。主控设备和外部设备都带有标准的SPI接口，主控设备通过SPI接口的时钟线SCLK、数据输入线MDI和数据输出线MDO并经三线SPI控制系统与各个外部设备相连接。每次通讯的长度在通讯数据传输之前被传输到三线SPI控制系统，而外设片选的地址信息不用传输。本发明采用“从头循环片选”的方式，选择通信的外设。整个通信总线只需一根时钟线、两根数据线，通过三条线就能够和带有SPI协议的外设进行通讯，并且对带有SPI协议的外设没有特殊要求，具有很好的兼容性。

技术领域

本发明公开了循环地址式三线SPI通讯系统，属于工业控制技术领域。

背景技术

工业控制上设备之间的通信常常采用串行总线，SPI(Serial PeripheralInterface)是一种被广泛采用的串行通信协议，获得多数相关芯片厂家的支持。该协议由一根启动线、一根时钟线、两根数据线和若干片选线组成。

与多个外围设备交换数据时主控设备首先会通过片选信号选择一个想要与其通讯的设备，然后在时钟线上的时钟信号的控制下通过数据线发送和接受数据，主控设备会控制整个通讯过程。

如果外围设备较多，主控设备与外围设备的连接线就会随外围设备的增多而增多，这大大增加了连接的复杂度。在一些应用场合需要为总线增加长线驱动器或是隔离器以增强系统的远程通讯能力或可靠性，如果能够减少串行通讯的总线数量无疑将很有意义。此外，在每次通信时所传数据的长度可变并且去掉所夹带的地址信息可以很好地实现通信的灵活性与通信效率之间的平衡，满足了更多实际应用场合的需要。

发明内容

本发明提出了一种使用三条线就可以实现主控设备和带有SPI协议的外设进行通讯的方案。每次通讯的长度在通讯数据传输之前被传输到三线SPI控制系统，而外设片选的地址信息不用传输。本发明采用“从头循环片选”的方式，选择通信的外设。整个通信总线只需一根时钟线、两根数据线，通过三条线就能够和带有SPI协议的外设进行通讯，并且对带有SPI协议的外设没有特殊要求，所以该方案具有很好的兼容性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：循环地址式三线SPI通讯系统，该系统包括一个主控设备和多个外部设备(即从设备)。主控设备带有CPU，外部设备是数据采集设备或数/模输出设备。主控设备和外部设备都带有标准的SPI接口，主控设备通过SPI接口的时钟线SCLK、数据输入线MDI和数据输出线MDO并经三线SPI控制系统与各个外部设备相连接。

系统组成如图1所示。隔离模块设置在主控设备和三线SPI控制系统之间，隔离模块对主控设备所传信号起到隔离作用，隔离模块不改变所传信号的逻辑性质，对SPI的控制逻辑无影响。

隔离模块能用驱动模块替换，驱动模块用以对主控设备所传信号起到驱动作用。

三线SPI控制系统组成原理图如图2所示，其中数据长度计数器DLCT负责记录每次通讯时所传数据的长度，所传数据的长度是4位，最多传输16位数据。如果需要传输32位数据，则数据长度计数器需要变成5位计数器。数据长度的值是通过MDO线在时钟SCLK和选择计数器SCT的控制下串行输入到数据长度移位寄存器DLSR中。

帧计数器FCT控制着原始数据的通信周期，每帧的周期由数据位长度所确定。如果数据位长度是4位，则帧最大长度为16位，即最多16个SCLK周期能够完成一次通信。

当数据长度移位寄存器DLSR写满后，结果会在数据长度计数器DLCT控制下写入帧计数器FCT，FCT会依照刚刚写入的数值进行计数，以控制SPI接口数据传输的总周期。