第26回 SPI通信手順

今回は、実際のSPI通信手順の説明です。

今回の説明

前回までの説明で、SPI通信の基本的な考え方をみてきました。今回は実際のSPI通信の通信手順やタイミングチャートを確認します。

「実際のSPI通信」とは言っても、今までの説明から大きく変わることはありません。今までの説明と異なるところは、実際のSPI通信ではデータの長さは8ビットという点です。

前回までの説明で使用したデータ通信システム(リビングと勉強部屋間のデータ通信システム)では、リビングから勉強部屋には3ビットの情報を送り、その返事を勉強部屋からリビングに2ビットで送っていました。実際のSPI通信では、データの送信単位は8ビットになります。

そのほかのスレーブセレクト信号、クロック信号、MOSI信号、MISO信号の使い方は、前回までの説明の通りです。

それではこのあと、SPI通信の接続形態、通信手順、タイミングチャートを確認して、実際のSPI通信を理解しましょう!

SPI通信の接続形態

SPI通信のマスターとスレーブの接続は以下のようになります。実践編では、マスターはPICマイコン、スレーブは温湿度・気圧センサですので、スレーブは1個ですが、以下はスレーブが複数の場合を説明します。スレーブが3個以上ある場合は、2個目と同様に増設すればOKです。

今までの繰り返しになってしまいますが、以下のように接続します。

SCK(クロック信号)
マスターが生成するクロック信号をすべてのスレーブが受信できるように、以下の図のようにマスターから各スレーブに接続します。
MOSI(マスターからスレーブへの信号)
クロック信号と同様に、マスターが生成する信号をすべてのスレーブが受信できるように、以下の図のようにマスターから各スレーブに接続します。
MISO(スレーブからマスターへの信号)
各スレーブからマスターに信号が送信できるように以下の図のように各スレーブからマスターに接続します。
CSB(スレーブセレクト信号)
スレーブセレクト信号は、マスターがそれぞれのスレーブを選択できるように、以下の図のようにスレーブごとに接続します。

今までの説明では家族が登場していたので、このような図にするとなんだか味気ないですね。

SPI通信手順

次にSPIの通信手順をまとめます。以下の手順は、マスターからスレーブに8ビットデータを送信し、その後スレーブからマスターに8ビットデータを返信する例を示しています。なお、データは最上位ビットからシリアルに送信します。

順番	マスター動作	スレーブ動作
1	通信する相手のスレーブセレクト信号を0にして、通信相手を指定する	スレーブセレクト信号が0になったスレーブは、これからクロック信号に従ってデータ通信を行う
2	クロックを信号を発生させて8ビットのデータを送信する(最上位ビットから送信)	クロック信号の立ち上がりでMOSI信号を読み取り、8ビットデータを受信する
3	引き続きクロック信号を発生させて、クロックの立ち上がりでスレーブからの送信されるMISO信号を読み取り、8ビットデータを受信する/td>	クロック信号に合わせて8ビットデータを送信する(最上位ビットから送信)
4	データの送受信が終わったら、スレーブセレクト信号を1にする	スレーブセレクト信号が1になったら通信処理おわり

ところで、この通信手順は1バイトの送受信ですが、マスターとスレーブが通信するバイト数はSPIモジュールごとに異なります。

例えば、今回使用する温湿度・気圧センサでは、温度情報を読み取る場合は、PICマイコン(マスター)からセンサ(スレーブ)に温度情報をください、という意味の8ビットの情報を送信し、スレーブからマスターに温度情報の16ビットの返信があります。データのやり取りの単位は8ビットですが、必ずしもマスターからスレーブに8ビット送信してスレーブからマスターに8ビット返信される、というわけではない点にご注意ください。

どのようにデータをやりとりするのかという仕様は、各SPIモジュールごとに異なり、データシートに解説されていますのでそれを読み解くことになります。その際、タイミングチャートやそれに類する図で説明されていますので、ぜひタイミングチャートの読み方になれるようにしましょう!

SPI通信タイミングチャート

上の例で説明しました、マスターからスレーブに8ビット送信、スレーブからマスターに8ビット返信のタイミングチャートを以下に説明します。上で説明した通信手順を図にしたものですので、特に説明は必要ないと思いますが、不明点ありましたらコメント欄かお問い合わせフォームからご質問いただければと思います。今までの知識をもとに、読み解いてみてください。