SPI通信とは

1.目的

SPI通信について、知る。

SPI通信とは

2.SPI通信とは

　・マイクロコントローラとその周辺ICの間でよく使用されるインターフェースの1

　・センサー、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、シフト・レジスタ、SRAMなど

　　マイクロコントローラの接続に使用される。

　・メインとサブノードがある。

　　クロックを生成する方がメインとされる。

　・メインでサブノードを操作する。

　　例：mbedで温度センサの値を取得する場合
　　　　mbed側がメイン、温度センサ側がサブノード。

2.SPI通信の特徴

・1つのメインから、複数のサブノードを操作可能

・ただし、複数の機器同時にデータの通信は出来ない。

・I2C等に比べて、通信速度が早い。

　(対応しているクロック周波数が高い)

・CSにて、デバイスを選択

・送受信(MOSI,MISO)同時にデータの送受信が可能

3.必要なライン

　(1) CS：チップセレクト
　　　・使用するサブノード(IC)を選択するのに使用される。
　　　・メインがCSのHigh、Lowを設定する。
　　　・基本は、データを送りたい時に、Low、

　　　　データを送らない時はHighにすることが多い。

　　　　これは、ICによる為、使用するICのデータシートを参照する。
　　　・CSを複数ノード選択状態にすると、

　　　　サブノードからデータが送信されているのか、

　　　　メインが判別出来ず壊れる可能性がある。
　(2) SCLK：クロック
　　　・データの送受信のタイミングに使用される。
　(3) MOSI(Master Out Slave In)：データを送信
　　　・データを送る
　(4) MISO(Master In Slave Out)：データを受信
　　　・送られたデータを受け取る

サブノード側：
　(1) SDO(Serial Data Out)：データを送信

　(2) SDI(Serial Data In)：データを受信
　※ICによって、MOSIだったり、SDIだったり書かれるので、

　　混同しない様に、意味を考えるとよい。

5.データの同期

　(1) SPI通信は、データを送るのに、クロックに同期して送信する。

　　これは、シリアル・クロックのエッジによって、

　　データのシフト／サンプリング処理を同期する。

　(2) クロックの立上がりエッジと立下がりエッジのうちどちらで、

　　データをサンプリング／シフトするかを選択する。

　　立ち上がり、立下りどちらを使用するかは、

　　各サブノードのデータシートを確認する。

　(3) SPIを介して送信されるデータのビット数については、

　　各デバイスのデータシートを参照する。

　(4)上記、データを送信するための設定としてCPOLビットとCPHAビットがある。

　※1. クロックの立下りエッジとは
　　クロックの信号が、HighからLowになったタイミング

　　(下記図の矢印の右側)
　※2. クロックの立ち上がりエッジとは
　クロックの信号が、LowからHighになったタイミング

　　(下記図の矢印の左側)

※MCP3002のデータシートより抜粋

6.CPOLとCPHAについて

　(1)メインでは、サブノードの要件に適合するように、

　　CPOLビット、CPHAビットによって、クロックの極性と位相を選択する。

　(2)アイドル状態とは：
　送信を開始するためにCSがハイからローに遷移するまでの間
　送信を終了するためにCSがローからハイに遷移するまでの間

　(3) CPOL(Clock Polarity)ビットとは
　アイドル状態におけるクロック信号の極性を設定する。

　つまり、アイドル状態の時に、クロックはHighにあるか、Lowにあるかを設定する。
　上記図では、Lowに設定する必要がある。

　(4) CPHA(Clock Phase)ビットとは
　クロックの位相を選択する
　データのサンプリング／シフトにクロックの立上がりエッジと立下がりエッジのうち、どちらを使用するのかを設定する。

SPIモード	CPOL	CPHA	アイドル状態のクロックの極性	データのサンプリング／シフトに使われるクロックの位相
0	0	0	Low	データを立上がりエッジでサンプリング、立下がりエッジでシフト
1	0	1	Low	データを立下がりエッジでサンプリング、立上がりエッジでシフト
2	1	0	High	データを立下がりエッジでサンプリング、立上がりエッジでシフト
3	1	1	High	データを立上がりエッジでサンプリング、立下がりエッジでシフト

(5) データ通信の流れ
　SPIモード0の場合：
　・メインによって、CSをHighからLow設定に設定し、サブノードを選択する。
　・モード0の場合、アイドル状態のクロック極性が、Lowの為、
　　CSがHighからLowになる間、クロックはLowの状態になる。
　・CSがLowになった後、クロックがLowからHighになった時に、

　　データの格納が開始される。
　・データを立下がりエッジになった時でサンプリング、

　　立上がりエッジでシフトなので、
　・クロックが、HighからLowになった時、

　　　MISO,MOSIのデータを取得する。
　・次のクロックのLowからHighになったタイミングで、

　　格納する場所が隣のビットに移動(シフト)する。
　・これを繰り返すことにより、送信する為のデータを格納していく。