FPGA实现SPI接口，用verilog实现，SPI接口使用例程！！！
SPI接口详解
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速、全双工、同步的通信总线。它常用于连接微控制器和各种外围设备，如EEPROM、FLASH、AD转换器等。SPI接口主要具有以下优点：
- 全双工通信：支持同时发送和接收数据。
- 高速传输：支持100MHz以上的数据传输速率。
- 灵活的字长：可根据应用需求选择消息字长，不限于8位。
- 简单的硬件连接：仅占用四根线（SCK、MOSI、MISO、SS/CS），节省芯片管脚和PCB空间。
然而，SPI接口也存在一些缺点：
- 无寻址机制：通过片选信号选择不同设备，无法像IIC那样通过地址选择。
- 无从设备ACK：主设备无法确认发送的数据是否被从设备成功接收。
- 单主控支持：典型应用中仅支持一个主设备。
- 传输距离短：相比RS232、RS485和CAN总线，SPI的传输距离较短。
SPI接口的信号定义如下：
- SCK（Serial Clock）：串行时钟信号，由主设备提供。
- MOSI（Master Output, Slave Input）：主设备发送，从设备接收的信号。
- MISO（Master Input, Slave Output）：主设备接收，从设备发送的信号。
- SS/CS（Slave Select/Chip Select）：片选信号，用于选择从设备。
SPI的传输模式可以通过设置控制寄存器中的CPOL和CPHA位来配置：
- CPOL（Clock Polarity）：决定时钟空闲时的电平。CPOL=1时，时钟低电平有效；CPOL=0时，时钟高电平有效。
- CPHA（Clock Phase）：定义数据采样的时钟边沿。CPHA=1时，数据采样发生在时钟偶数边沿；CPHA=0时，数据采样发生在时钟奇数边沿。
常见的SPI传输模式有四种：Mode 0（CPOL=0, CPHA=0）、Mode 1（CPOL=0, CPHA=1）、Mode 2（CPOL=1, CPHA=0）和Mode 3（CPOL=1, CPHA=1）。其中，Mode 0和Mode 3最为常见。
SPI接口的Verilog实现
以下是一个简单的SPI接口Verilog实现，包括发送和接收功能。该实现以Mode 0为例。
module spi_master(
input clk, // 系统时钟
input rst, // 复位信号
input [23:0] data_out, // 要发送的数据
input wr_en, // 写使能信号
output reg sck, // 串行时钟信号
output reg mosi, // 主设备输出/从设备输入信号
output reg csn, // 片选信号
input [23:0] data_in // 从设备发送的数据（仿真时使用）
);
// 状态定义
typedef enum logic [3:0] {
IDLE,
START,
SEND,
RECV,
STOP
} state_t;
state_t state, next_state;
reg [3:0] bit_cnt; // 位计数器
reg [23:0] shift_reg; // 移位寄存器
// 状态转移逻辑
always @(posedge clk or posedge rst) begin
if (rst) begin
state <= IDLE;
end else begin
state <= next_state;
end
end
// 下一个状态逻辑
always @(*) begin
case (state)
IDLE: begin
if (wr_en) begin
next_state = START;
end else begin
next_state = IDLE;
end
end
START: begin
next_state = SEND;
end
SEND: begin
if (bit_cnt == 4'd23) begin
next_state = RECV;
end else begin
next_state = SEND;
end
end
RECV: begin
next_state = STOP;
end
STOP: begin
next_state = IDLE;
end
default: begin
next_state = IDLE;
end
endcase
end
// 时钟和片选信号生成
always @(posedge clk or posedge rst) begin
if (rst) begin
sck <= 0;
csn <= 1;
end else begin
case (state)
IDLE, STOP: begin
sck <= 0;
csn <= 1;
end
START, SEND, RECV: begin
sck <= ~sck; // 时钟翻转
if (state == START) begin
csn <= 0; // 拉低片选信号
end
end
endcase
end
end
// 数据发送和接收逻辑
always @(posedge clk or posedge rst) begin
if (rst) begin
bit_cnt <= 0;
shift_reg <= 0;
end else begin
case (state)
IDLE: begin
shift_reg <= data_out; // 加载要发送的数据
end
SEND: begin
if (bit_cnt < 4'd23) begin
mosi <= shift_reg[23]; // 发送最高位
shift_reg <= {shift_reg[22:0], 1'b0}; // 左移一位，并补0
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
end
RECV: begin
// 在此处添加接收逻辑（仿真时使用data_in）
// 实际硬件中，MISO信号应由从设备提供
end
STOP: begin
// 可以在此处添加接收完成后的处理逻辑
end
endcase
end
end
// 仿真时使用的接收数据寄存器（实际硬件中不需要）
reg [23:0] recv_data;
always @(posedge clk or posedge rst) begin
if (rst) begin
recv_data <= 0;
end else if (state == STOP) begin
// 在此示例中，recv_data仅用于仿真，接收的数据通过data_in提供
// 实际硬件中，应根据MISO信号接收数据
recv_data <= {23'b0, mosi}; // 示例：仅接收最后一位（不正确，仅用于说明）
// 注意：实际接收逻辑应基于完整的MISO信号时序
end
end
endmodule注意：上述代码中的接收逻辑部分仅用于仿真示例，并不完整。在实际硬件中，接收逻辑应根据MISO信号的时序来编写。
仿真Testbench代码
以下是一个简单的Testbench代码，用于仿真上述SPI接口模块。
module spi_master_tb;
// 输入信号
reg clk;
reg rst;
reg [23:0] data_out;
reg wr_en;
// 输出信号
wire sck;
wire mosi;
wire csn;
wire [23:0] recv_data; // 用于仿真接收的数据（实际硬件中不需要）
// 实例化SPI接口模块
spi_master spi_inst(
.clk(clk),
.rst(rst),
.data_out(data_out),
.wr_en(wr_en),
.sck(sck),
.mosi(mosi), // 在仿真中，mosi信号由spi_master模块提供
.csn(csn),
.data_in(24'hABCDEF12) // 仿真时提供的接收数据
);
// 时钟生成
initial begin
clk = 0;
forever #5 clk = ~clk; // 100MHz时钟（5ns周期）
end
// 仿真流程
initial begin
// 初始化信号
rst = 1;
data_out = 0;
wr_en = 0;
// 等待一段时间以初始化
#20;
// 复位信号拉低
rst = 0;
// 发送数据
data_out = 24'h12345678;
wr_en = 1;
#100; // 等待发送完成
wr_en = 0;
// 等待一段时间以观察接收数据
#100;
// 打印接收数据（用于验证）
$display("Received data: %h", recv_data);
// 结束仿真
$finish;
end
endmodule原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_49780322/article/details/142920514
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！