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調試嵌入式系統設計中的低速串行總線|DPO4AUTOMAX |

產品型號： DPO4AUTOMAX

所屬分類：示波器

產品時間：2025-07-24

簡要描述：調試嵌入式系統設計中的低速串行總線|DPO4AUTOMAX |
背景知識
串行外設接口總線（SPI）Z初是摩托羅拉在20世紀80年代末為其68000 系列微控制器研制的。由于該總線簡單、流行，許多其它制造商也已經采用這一標準。它現在用于嵌入式系統設計常用的各種器件中。SPI主要用于微控制器和直接外設之間。

詳情介紹

調試嵌入式系統設計中的低速串行總線|DPO4AUTOMAX |

SPI
背景知識
串行外設接口總線（SPI）zui初是摩托羅拉在20世紀80年代末為其68000 系列微控制器研制的。由于該總線簡單、流行，許多其它制造商也已經采用這一標準。它現在用于嵌入式系統設計常用的各種器件中。SPI主要用于微控制器和直接外設之間。它通常用于、PDA和其它移動設備中，在CPU、鍵盤、顯示器和內存芯片之間通信。

    工作方式
    SPI （串行外設接口）總線是一種主/從結構的4線串行通信總線。4個信號是時鐘（SCLK）, 主輸出/從輸入（MOSI）, 主輸入/從輸出（MISO）和從選擇（SS）。在兩臺設備通信時，一臺設備稱為“主設備”，另一臺設備稱為“從設備”。主設備驅動串行時鐘。它同時收發數據，因此是一種全雙工協議。SPI 使用SS 線路指明與哪臺設備傳送數據，而不是總線上的每臺設備都有一個*的地址。這樣，總線上的每臺*的設備都需要從主設備提供自己的SS 信號。如果有3 臺從設備，那么主設備有 3 條SS 引線，每條引線都連接到每臺從設備上，如圖 8 所示。
    在圖8 中，每臺從設備只與主設備通話。但是，SPI可以串聯多臺從設備，每臺從設備依次進行操作，然后把結果發回主設備，如圖9所示。因此您可以看到，SPI實現方案沒有“標準”。在某些情況下，在不要求從設備向回到主設備通信時，MISO 信號可以*省略。
    在SPI數據傳送發生時，8位數據字移出MOSI，不同的8位數據字移入MISO。這可以視為16 位循環位移寄存器。在傳送發生時，這個16 位位移寄存器位移8 個位置，從而在主設備和從設備之間交換8位數據。一對寄存器 - 時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）決定著驅動數據的時鐘邊沿。每個寄存器有兩種可能的狀態，支持四種可能的組合，所有這些組合互不兼容。因此，主/從設備對必須使用相同的參數值進行通信。如果使用多個固定在不同配置的從設備，那么每次需要與不同的從設備通信時，主設備必須重新進行配置。

調試嵌入式系統設計中的低速串行總線|DPO4AUTOMAX |

圖8.常用的SPI配置。

圖9.串聯SPI配置。

圖10. SPI 總線設置菜單。

　　處理SPI
    DPOxEMBD 串行觸發和分析應用模塊還可以為SPI 總線實現類似的功能。我們可以再次使用前面板Bus按鈕，簡單地輸入總線基本參數，包括SCLK, SS, MOSI 和MISO位于哪條通道上、門限和極性，來定義一條SPI 總線（參見圖10）。
    例如，考慮一下圖11 中的嵌入式系統。一條SPI 總線連接到一個合成器、一個DAC及某個I/O 上。合成器連接到VCO上，VCO為其余系統提供一個 2.5 GHz 時鐘。在啟動時，CPU應該對合成器編程。但是不知道哪里出了問題，VCO在產生3 GHz的信號。調試這個問題的*步是考察CPU和合成器之間的信號，確定存在信號，沒有物理連接問題，但我們找不到發生了什么問題。然后，我們決定看一下SPI 總線上傳送的合成器編程使用的實際信息。為捕獲這些信息，我們把示波器設成在合成器Slave Select信號激活時觸發采集，并對DUT 通電，捕獲啟動編程命令。采集結果如圖12 所示。
    通道1 （黃色）是SCLK，通道2 （青色）是MOSI，通道3（洋紅色）是SS。為確定我們是否對設備正確編程，我們看一下合成器的產品資料。總線上的前三個消息假設是初始化合成器、加載分路器比率、鎖存數據。根據技術數據，前三個傳送中zui后半個字節（一個十六進制字符）應該分別是3, 0 和1，但我們看到的是0, 0 和0。在消息末尾全是0 時，我們認識到，我們在SPI 中犯了一個zui常見的錯誤，即在軟件中以相反的順序在每個24位字中對各個位編程。在迅速改變軟件配置后，得到下面的采集，VCO 正確鎖定在2.5 GHz，如圖13 所示。
    在上面的實例中，我們使用簡單的SS Active 觸發。MSO/DPO 系列中完整的SPI 觸發功能包括下述類型：
     SS Active - 在從設備選擇行對從設備變真時觸發。
     MOSI - 在從主設備到從設備用戶zui多16 個字節時觸發。
     MISO - 在從設備到主設備用戶zui多16 個字節時觸發。
     MOSI/MISO - 在主設備到從設備及從設備到主設備用戶zui多16 個字節時觸發。
    這些觸發也可以隔離感興趣的特定總線業務，解碼功能則可以立即查看采集中總線傳送的每條消息的內容。

圖11.通過SPI控制的合成器

圖12. 采集SPI 總線之外的合成器配置消息。

圖13. 正確的合成器配置消息。

    RS-232
    背景知識
    RS-232是近距離的兩臺設備之間進行串行通信廣泛使用的標準，它主要用于PC 串行端口，另外也用于嵌入式系統，作為調試端口使用或連接兩臺設備。RS-232-C標準于1969年問世，之后標準修訂了兩次，但變化很小，其信號能夠與RS-232-C 互通。業內還有幾個相關標準，如RS-422 和RS-485，這些標準類似，但使用差分信令在遠距離內通信。
    工作方式
    兩臺設備稱為DTE （數據終端設備）和DCE （數據電路端接設備）。在某些應用中，DTE 設備控制著DCE 設備；在其它應用中，這兩臺設備是對等的，DTE 和DCE 之間的區別可以是任意的。
    RS-232標準規定了各種各樣的信號，許多信號并不常用。兩個zui重要的信號是發送的數據（Tx）和接收的數據（Rx）。Tx 把數據從DTE 傳送到DCE。DTE 設備的Tx 線路是DCE 設備的Rx 線路。類似的，Rx 把數據從DCE傳送到DTE。
    RS-232 標準沒有規定使用哪些連接器。zui常用的連接器是25針連接器和9針連接器。也可以使10 針、8 針或6 針連接器。還可以在不使用標準連接器的情況下，把同一塊電路板上的兩臺RS-232設備連接起來。
    在連接兩臺RS-232 設備時，通常要求零訊號調制器。這種設備交換多條線路，包括Tx和Rx線路。通過這種方式，每臺設備可以在Tx 線路上發送數據，在Rx 線路上接收數據。表2 顯示了RS-232 信號常用的9 針連接器使用的針腳輸出。記住，如果信號已經傳過零訊號調制解調器，那么許多信號將被交換。zui重要的是，將交換Tx 和Rx。

信號		針腳
Carrier Detect （載波檢測）	DCD	1
Received Data （接收的數據）	Rx	2
Transmitted Data （發送的數據）	Tx	3
Data Terminal Ready （數據端子就緒）	DTR	4
Common Ground （公共接地）	G	5
Data Set Ready （數據集就緒）	DSR	6
Request to Send （請求發送）	RTS	7
Clear to Send （清除發送）	CTS	8
Ring Indicator （振鈴指示符）	RI	9