樹莓派與Arduino SPI通信

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本教程介紹了使用SPI（串行外圍裝置接口總線）進行Raspberry Pi與Arduino通訊和控制的基本架構。 SPI代表了一種非常完善的晶片間通信方法，該方法在兩種裝置的硬體中均實作。 在這裡，我們将詳細探讨SPI，讨論硬體和軟體注意事項，并開發一個雙向通信方案的工作示例，該方案可适用于許多指令和控制應用程式。

介紹

Arduino 3.3伏

選擇運作在3.3v電壓下的Arduino，可以在兩個裝置的輸入和輸出引腳之間實作直接連接配接，而無需進行電平轉換即可對齊電壓并保護樹莓派輸入，進而簡化了此項目。

Arduino通常被描述為5伏平台，但這并非完全正确。 實際上，在許多标準Arduino的核心中，ATMEGA328P-PU微控制器的額定工作電壓為1.8v至5.5v。 盡管旗艦版Arduino Uno和許多其他産品都是為5v操作而設計的，但也有很多官方和非官方的3.3v Arduino供您選擇，包括Fio，Pro，Pro-Mini和Lilypad。 （Pro和Pro-Mini具有3.3v和5v版本。）

開發本教程時使用的“ Arduino”是ATMEGA328P-PU，在面包闆上采用準系統配置。 該設定确實是準系統。 沒有電壓調節器或外部時鐘晶體，隻有由樹莓派的3.3v抽頭和10K電阻将複位引腳拉高的晶片供電。 （當然，在電源軌上放置一些去耦電容器也沒有什麼壞處。）除了誘人的電路簡單性和節儉性之外，準系統配置是連接配接Raspberry Pi的理想選擇。 3.3v運作不僅對樹莓派友好，而且使用電壓調節器和晶振可以顯着降低總體功耗，這對于在3.3v線路上具有50mA限制的老式樹莓派尤其重要。

我通常在電池供電的小型項目中使用此準系統設定。 自己制作時，需要考慮一些在較低電壓下運作328P的注意事項。 最重要的問題是需要以較低的時脈速度運作，8MHz是最快的時鐘，可以在3.3v時可靠地支援該時鐘。 另一個考慮因素是，必須禁用或配置328的掉電檢測，以使壓差小于3.3v。

Arduino官方網站上有board.txt檔案：從Arduino到面包闆上的微控制器，它将提供适當的設定來運作最低限度的闆并加載8MHz相容的引導程式。 如果您不熟悉啟動引導程式和建構自己的主機闆，則本頁面還将為您提供一個很好的起點，以收集必要的知識和技能。

關于樹莓派環境和C ++編譯器的一些注意事項

本教程是使用運作标準Raspian Linux發行版的Raspberry Pi Model B和Raspberry Pi 2開發和測試的。 這些示例應該可以在任何目前的Raspberry Pi型号上無需修改的工作。 我通過SSH從Linux PC上的終端通過SSH運作Raspi“無頭”（沒有螢幕或鍵盤），是以實際上我的所有互動都在指令行中進行。 示例代碼使用C ++編寫，并使用GNU編譯器集合（GCC）進行編譯。 GCC是Raspian發行版的一部分，是以無需安裝或配置即可使用。 此處的所有示例都可以使用非常簡單的指令行文法進行編譯：

g++ -o <target> <source>
           

要通路SPI外設，必須具有較高的使用者權限，是以将需要使用sudo執行編譯後的示例，如下所示：

sudo ./example
           

SPI接口

SPI是Raspberry Pi Arduino連接配接的幾種可行選擇之一。 SPI接口的一些優點是廣泛采用，信号完整性，協定設計的靈活性和簡單性。

SPI采用主從架構。 主裝置啟動并控制與從裝置的所有通信。 SPI通信是同步的，這意味着兩個裝置之間的資料傳輸通過共享的時鐘信号同步。 SPI通信也是全雙工的，這意味着資料可以同時在兩個方向上流動。

主機通過時鐘線控制資料傳輸。 每次主機向時鐘線發出脈沖時，就會有一位資料從主機發送到從機。 同時，從從機向主機推送一位資料。 實際上，出于我們此處的目的，可以将資料視為在位元組級别上移動。 主機和從機各自将一個位元組加載到其各自的SPI資料寄存器中，主機向時鐘線脈沖八次以在每個方向上壓入一個位元組。 盡管可以設定各種硬體标志和可以觸發的中斷，但是沒有SPI協定。 兩個裝置之間同時傳輸一個位元組的資料是整個過程的全部。 如果需要，确認信号，錯誤檢查，資料包定義和其他通用協定功能都可以在軟體中處理。

SPI總線本身由四個實體連接配接組成：兩條資料線，一條時鐘線和從選擇線。 主機必須為每個從機配備一條從機選擇線，是以理論上所需的從機選擇線的數量可能會增加。

Raspberry Pi和Arduino的時鐘和資料線的名稱和标簽相同：

• SCLK：串行時鐘（主機輸出）
• MOSI：主站輸出，從站輸入（主站輸出）
• MISO：主機​​輸入，從機輸出（從機輸出）

但是，在從站選擇線上，兩個平台之間的命名略有不同。 在Arduino上，該行稱為“從屬選擇”，縮寫為SS。 在Raspberry Pi上，該過程稱為“片選”（縮寫為CS），而CS線稱為“晶片使能”線（簡稱為CE）。 PI實際上使兩條從選擇線可用，辨別為CE0和CE1。

與某些串行總線方案不同，在串行總線方案中，一個裝置的傳輸線（TX）連接配接到另一裝置的接收線（RX），在SPI中，一個裝置上的四條線直接連接配接到另一裝置上的相應線，如下圖所示。

SPI總線在ATMEGA328P-PU上的實體位置很簡單，如下面的引腳圖所示。 SS在實體引腳16上，MOSI在引腳17上，MISO在引腳18上，而SCLK在引腳19上。

Raspberry Pi GPIO接頭的引腳排列圖更加簡單。 遵循下面的引腳圖（與版本A，A +，B，B +和2B保持一緻），MOSI是引腳19，MISO引腳21和SCLK引腳23。在本教程中，我們使用引腳24上的CS CE0。

啟用樹莓派SPI

在樹莓派上編碼SPI

Arduino上編碼SPI

代碼

詳情參閱http://viadean.com/rpi_spi_arduino.html