Serial Peripheral Interface (SPI)

Registrada por Motorola, es un protocolo serie para comunicarse con otros microcontroladores o periféricos, por ejemplo EEPROM, conversores A/D, y D/A, potenciometros digitales, etc, Permite la transmisión y la recepción simultanea de forma sincrónica, o sea es Full Duplex y Sincrónico. Intervienen dos o más nodos, uno de los cuales es el maestro y el resto son los esclavos, por lo que se considera Multipunto. se destaca por su simplicidad y normalmente la velocidad de comunicación no supero los 5Mbps. una se sus ventajas es la facilidad con que se realiza el aislamiento galvánico de sus líneas utilizando optoacopladores.

Intervienen 4 señales que son: Serial Data Out (DO o SDO), Serial Data In (DI o SDI), Serial Clock (CK) y Chip Select (CS) o Slave Select (SS), cuya forma de conexión se muestra en la Figura 1:

Figura 1.- Señales en el protocolo SPI, entre un Maestro y un Esclavo (a), o varios Esclavos (b).

El direccionamiento del esclavo se hace mediante la señal CS, por lo que tiene, una por esclavo. el Maestro genera la señal CK y controla las señales CS y DI, por lo que es el único que puede inicial la comunicación . la señal CK controla la velocidad de comunicación, permitiendo hacer pausas o tiempos de espera en la misma.

Es importante señalar que el SPI es un protocolo de intercambio de datos, por lo que se plantea que no existen dispositivos solamente transmisores o solamente receptores. Cuando se envía datos también se reciben datos, incluso si estos no son útiles a nuestra aplicación. los datos entrantes deben leerse antes de intentar transmitir nuevamente, sino se perderán. 

La señal CS activa o selecciona el dispositivo esclavo con el cual el maestro intercambiará datos. en caso de un solo esclavo el CS puede obviarse, aunque puede ser útil para provocar el reinicio del módulo SPI del esclavo.

Adentrandonos un poco más en los módulo SPI de estos dispositivos, posemos en la Figura 2, que el tener activo un esclavo se forma un lazo entre entre ambos dispositivos. Mientras que el maestro esta generando la señal de CK, se estarán desplazando los datos contenidos en cada registro y a su vez entre la salida de un registro y la entrada del otro. Es por ello que cada vez que se transmitan una cantidad de datos igual al tamaño del registro, se recibirá una cantidad igual que debe ser leída del búfer para no perderla. El búfer de datos también actúa como registro de escritura, y aal emplearlo como tal sobreescribimos su contenido.

Figura 2. Lazo entre dos dispositivos SPI

Si analizamos este proceso paso a paso, de forma general y cíclica, ocurriría como sigue:

1.- El maestro escribe en su búfer de datos.

2.- El maestro comienza a general CK y el esclavo escribe en su búfer de datos.

3.- El contenido del búfer del maestro se transfiere al registro de desplazamiento del maestro, y el del esclavo al registro de desplazamiento del esclavo.

4.- Maestro y esclavo intercambian una cantidad igual al tamaño de los registros de desplazamiento.

5.- El nuevo contenido de ambos registros de desplazamiento se transfiere a los respectivos búferes de datos.

6.- El dato es leído de los búferes de datos.

De esta misma forma se explica la conexión en cascada mostrada en la figura 3, que reduce notablemente la cantidad de líneas en el circuito impreso, pero que solo es posible con determinados dispositivos, por ejemplo potenciómetros digitales.

Figura 3.- Conexión en cascada de un Maestro y varios Esclavos

Normalmente los registros SPI son de 8 bits, aunque algunos dispositivos necesitan transmitir mayor cantidad de datos, en esos casos se realizan varias transferencias de 8 bits hasta completar todos los datos. Durante este tiempo al esclavo debe mantenerse activo.