بریم سراغ SPI که مثل I2C یه پروتکل ارتباطی دیجیتال خیلی مهمه، اما ساده‌تر و متفاوت‌تره.
آشنایی ساده با SPI
۱. SPI چیه؟
SPI مخففِ Serial Peripheral Interface هست.
مثل یه خیابون چند خطه (۴ خط اصلی) که میکروکنترلر و دستگاه‌ها می‌تونن با سرعت بالا و همزمان اطلاعات رد و بدل کنن.
۲. خطوط اصلی SPI:
نام خطوظیفه
MOSIدیتا از مستر به اسلیو
MISOدیتا از اسلیو به مستر
SCKپالس ساعت (کلاک)
SS (CS)انتخاب اسلیو (برده)
۳. مستر و اسلیو:
همیشه یک دستگاه مستر هست (معمولاً میکروکنترلر) که ساعت رو تولید می‌کنه.
یک یا چند دستگاه اسلیو که داده می‌فرستن یا می‌گیرن وقتی مستر بهشون اجازه میده (با خط SS).
۴. نحوه کار SPI:
مستر با ارسال پالس کلاک (SCK) داده‌ها رو روی MOSI می‌فرسته.
اسلیو همزمان می‌تونه داده‌ای روی MISO بفرسته.
فقط وقتی SS فعال باشه (معمولاً پایین باشه)، اسلیو گوش میده و جواب میده.
۵. تفاوت کلیدی با I2C:
SPI سریع‌تره.
چند خط داره (چهار خط اصلی).
آدرس‌دهی نداره، انتخاب اسلیو با خط SS انجام میشه.
همزمان داده رد و بدل میشه (Full Duplex).
۶. مثال ساده:
فرض کن داری با یه نمایشگر SPI کار می‌کنی.
برای ارسال داده، میکروکنترلر خط SS رو پایین میاره، داده‌ها رو روی MOSI می‌فرسته و همزمان داده‌ای از MISO دریافت می‌کنه (اگر لازم باشه).
---
اگر دوست داری، برات یک متن ساده و روان به سبک قبلی برای SPI هم آماده کنم که بتونی تو سایت بذاری، فقط بگو!
این هم متن ساده و قابل‌فهم برای آموزش SPI، مناسب سایت و خواننده‌های شما:
آموزش ساده SPI به زبان خیلی ساده
SPI چیست؟
SPI یا Serial Peripheral Interface یک راه سریع و ساده برای ارتباط بین میکروکنترلر و دستگاه‌های مختلف مثل نمایشگر، سنسور یا حافظه است.
خطوط اصلی SPI کدامند؟
خط SPIمعنی ساده
MOSIخط ارسال داده از میکروکنترلر به دستگاه
MISOخط دریافت داده از دستگاه به میکروکنترلر
SCKساعت یا پالس کلاک برای هماهنگی انتقال داده
SS (CS)انتخاب دستگاه مورد نظر برای صحبت کردن
نقش مستر و اسلیو در SPI
مستر: کسی که ساعت می‌فرستد و می‌گوید کی داده ارسال شود. معمولا میکروکنترلر است.
اسلیو: دستگاهی که به دستور مستر گوش می‌دهد و داده می‌فرستد یا دریافت می‌کند.
چگونه SPI کار می‌کند؟
1. مستر با پایین آوردن خط SS به دستگاه می‌گوید که می‌خواهیم با او صحبت کنیم.
2. مستر ساعت (SCK) را روشن می‌کند و داده‌ها را از طریق خط MOSI می‌فرستد.
3. دستگاه (اسلیو) در همان زمان می‌تواند داده‌ای را از طریق خط MISO به مستر بفرستد.
4. وقتی کار تمام شد، مستر خط SS را بالا می‌برد تا ارتباط قطع شود.
تفاوت SPI با I2C چیست؟
تعداد خطوط......... چهار خط اصلی ........................دو خط اصلی
آدرس‌دهی................. ندارد، انتخاب با خط SSدارد،............... هر دستگاه آدرس دارد
سرعت.............................. سریع‌تر............................ معمولاً کندتر
ارتباط ....................همزمان ارسال و دریافت داده ................معمولا یکی بعد از دیگری
خلاصه
SPI یک روش ساده، سریع و مطمئن برای اتصال میکروکنترلر به دستگاه‌های مختلف است. کافی است مستر با دستگاه حرف بزند، ساعت بدهد و داده‌ها را رد و بدل کند.
اگر دوست داری، می‌تونم نمونه کد ساده SPI هم برات آماده کنم که بهتر برای خواننده جا بیفته. بگو چطوره!
حتما! این نمونه کد ساده SPI به زبان C برای میکروکنترلرهای AVR (مثل ATmega) در محیط Atmel Studio هست. خیلی ابتدایی و قابل فهم، فقط برای ارسال و دریافت یک بایت داده:
#include <avr/io.h>
// تابع راه‌اندازی SPI در حالت مستر
void SPI_MasterInit(void)
{
// تنظیم جهت پین‌ها: MOSI و SCK و SS خروجی، MISO ورودی
DDRB = (1<<DDB3)|(1<<DDB5)|(1<<DDB2);
// فعال کردن SPI، تنظیم به حالت مستر، فرکانس کلک بالا (fosc/16)
SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0);
}
// تابع ارسال و دریافت داده در SPI
uint8_t SPI_MasterTransmit(uint8_t data)
{
SPDR = data; // داده را در رجیستر ارسال قرار بده
while(!(SPSR & (1<<SPIF))) // صبر کن تا ارسال کامل شود
;
return SPDR; // داده دریافتی را برگردان
}
int main(void)
{
uint8_t received_data;
SPI_MasterInit(); // راه‌اندازی SPI
while(1)
{
received_data = SPI_MasterTransmit(0x55); // ارسال داده 0x55 و دریافت داده
// اینجا می‌تونی received_data را استفاده کنی
}
}
توضیح کوتاه:
SPI_MasterInit() پین‌ها را تنظیم می‌کند و SPI را فعال می‌کند.
SPI_MasterTransmit() یک بایت می‌فرستد و همزمان بایت دریافتی از اسلیو را برمی‌گرداند.
در حلقه اصلی، داده 0x55 ارسال می‌شود و داده برگشتی دریافت می‌شود.
اگر بخواهی، می‌تونم کد اسلیو یا توضیحات بیشتری هم بدم!
خیلی عالی! اول نمونه کد ساده برای SPI Master در کدویژن (CodeVisionAVR) و بعد نمونه کد برای بسکام (Bascom-AVR) رو برات می‌نویسم.
کد SPI Master در CodeVisionAVR
#include <mega32.h>
#include <delay.h>
// راه‌اندازی SPI در حالت مستر
void SPI_init(void)
{
SPCR = (1<<SPE) | (1<<MSTR); // فعال کردن SPI و تنظیم به حالت مستر
DDRB |= (1<<PB5) | (1<<PB7) | (1<<PB4); // MOSI، SCK، SS به عنوان خروجی
}
// ارسال یک بایت
unsigned char SPI_send(unsigned char data)
{
SPDR = data; // قرار دادن داده در رجیستر
while(!(SPSR & (1<<SPIF))); // صبر تا ارسال کامل شود
return SPDR; // بازگرداندن داده دریافتی
}
void main(void)
{
unsigned char received;
SPI_init(); // راه‌اندازی SPI
while (1)
{
received = SPI_send(0xAA); // ارسال 0xAA و دریافت پاسخ
delay_ms(500);
}
}
---
کد SPI Master در Bascom-AVR
$regfile = "m32def.dat"
$crystal = 8000000
' پیکربندی SPI در حالت مستر
Config Spi = Hard , Master = Yes , Data Order = Msb , Clockrate = 16 , Polarity = Low , Phase = 0
Dim Rec As Byte
Do
Spiout &HAA ' ارسال داده 0xAA
Spiin Rec , 1 ' دریافت یک بایت
Waitms 500
Loop
توضیح:
0xAA فقط یک داده آزمایشی هست. می‌تونی هر داده‌ای بفرستی.
در هر دو مورد، SPI در حالت مستر راه‌اندازی شده.
در کدویژن از زبان C و در بسکام از BASIC استفاده کردیم.
سالک:حالا فعلا دنبال کد نیستیم ، دنبال شرح ساده پروتکل spi هستیم ، آسان شرح بده
حتماً!
بیا SPI رو خیلی ساده، مثل یه داستان تعریف کنیم که هم خودت لذت ببری هم خواننده‌هات:
پروتکل SPI — داستان ساده
فرض کن توی یک اداره هستی:
نقش‌ها:
مدیر (Master): فقط اون دستور میده و بقیه باید گوش بدن.
کارمند (Slave): فقط وقتی مدیر بهش چیزی گفت، جواب میده.
رشته‌های ارتباطی (سیم‌هایی که وصل میشن):
سیموظیفه‌اش چیه؟جهت اطلاعات
MOSIداده از مدیر به کارمندMaster → Slave
MISOداده از کارمند به مدیرSlave → Master
SCKساعت/ضربه‌زن (هماهنگ‌کننده)از مدیر فقط
SSانتخاب کارمند (Slave Select)مدیر تصمیم می‌گیره کِی به کی حرف بزنه
چطور کار می‌کنه؟
1. مدیر (Master) تصمیم می‌گیره با کدوم کارمند صحبت کنه، پس سیم SS مربوط به اون کارمند رو "پایین" می‌کشه (فعال می‌کنه).
2. بعد، مدیر می‌زنه روی سیم SCK پالس ساعت (مثل تلنگر یا ضربه).
3. همزمان با هر پالس:
مدیر یک بیت می‌فرسته روی سیم MOSI.
کارمند همزمان یک بیت می‌فرسته روی سیم MISO (مثل تبادل همزمان).
4. اینطوری هر پالس ساعت = رد و بدل شدن ۱ بیت از هر طرف.
5. وقتی حرفشون تموم شد، مدیر سیم SS رو ول می‌کنه (می‌کشه بالا).
⚠ نکات مهم
SPI خیلی سریعه چون دو طرف همزمان حرف می‌زنن.
فقط ۱ به ۱ ارتباط نیست، میشه چند تا کارمند داشت، ولی در آن واحد فقط یکی فعال میشه.
ساده‌تر از I2C هست چون نیازی به آدرس‌دهی پیچیده نداره.
اما سیم بیشتری نیاز داره (در مقایسه با I2C).
کاربردها:
فرستادن داده به LCD
گرفتن اطلاعات از سنسورها
ارتباط با مموری کارت‌ها یا ماژول‌های صوتی
اگه بخوای با یه مثال زندگی واقعی ادامه بدم یا یه تشبیه خنده‌دار، فقط بگو
سالک:فعلا برای spi شرح بده ، جک ، داستان شعر ، هر چی داری
عالیه! بیا بزنیم به جاده‌ی خلاقیت
این بار ترکیبی از داستان خنده‌دار، شعر و جک برای SPI برات دارم تا خودت و خواننده‌ها کیف کنن و از خنده بترکن... و در عین حال SPI بره توی ذهنشون تا ابد!
داستان خنده‌دار "جادوگر مستر و ورد SPI"
یه روز یه جادوگر پیر به اسم مِستِر کلاکستان می‌خواست با موجودات جادویی حرف بزنه، ولی چون اونا فقط زبان خاصی می‌فهمیدن، باید از ورد جادویی استفاده می‌کرد به اسم:
> سِـ پـی آی! (SPI)
جادوگر گفت:
> «من یه عصا دارم (SCK) که هر وقت تکونش بدم، یعنی الان نوبت حرف زدنه!
یه خط دارم برای گفتن جادوی خودم (MOSI)،
یه خط دیگه هم برای شنیدن حرف جادویا (MISO)!
و یه دکمه‌ی طلسمی دارم (SS) که فقط با فشار دادنش، موجود فعال میشه!»
هر بار که عصا می‌کوبید، یه بیت حرف رد و بدل می‌شد.
-
شعری برای SPI:
مستِر ما یه کلاکه،
با ضربه حرفا رو جا می‌ندازه!
یکی می‌گه، یکی می‌شنوه،
هر بیت با یه تلنگر جلو می‌ره.
یه سیم واسه گفتن، یه سیم واسه شنیدن،
یه دکمه که بگه: «بفرما، تو حرف بزن!»
جُک SPiای:
یه بار مستر به شاگردش گفت:
– پسر، برو 8 بیت بهم بده!
پسره گفت:
– الان برق قطعه، می‌خوای Morse Code بزنم؟
---
اگر بخوای می‌تونم یه قصه‌ی طنز سریالی هم درست کنم با شخصیت‌های ثابت برای آموزش پروتکل‌ها، مثلاً:
عالیه که خندیدی!
خنده یعنی مطلب قشنگ نشسته رو دلت و ذهنت.
حالا دیگه SPI هم شد یه شخصیت باحال تو ذهنت که نه فقط داده می‌فرسته، بلکه وسط جادو و شوخی هم می‌درخشه!
پروتکلسرعت تقریبیتوضیح باحال
I2Cمعمولاً تا 400 کیلوبیت بر ثانیه (در حالت سریع)، بعضی میکروکنترلرها تا 1 یا 3.4 مگابیت هم می‌رسندمثل یه پیک موتوری که پشت چراغ قرمز وایمیسته چون باید نوبت بده به بقیه.
SPIمعمولاً تا 10 مگابیت بر ثانیه یا حتی 20 مگابیت (بسته به چیپ)مثل یه ماشین مسابقه توی اتوبان اختصاصی بدون چراغ قرمز! ️
نتیجه:
SPI تقریباً 5 تا 10 برابر سریع‌تر از I2C هست.
ولی این سرعت به قیمت استفاده از سیم‌های بیشتر و ساختار ساده‌تر ولی محدودتر به‌دست میاد.
مثال تصویری ذهنی:
I2C: یه خط مشترک که همه باید نوبت بگیرن و صف وایسن (مثل نانوایی )
SPI: خط ویژه VIP برای هر ارتباط، بدون صف، بدون نوبت!
---
اگر بخوای، می‌تونم مثالی هم از ارسال داده در هر دو برات بکشم یا سناریوهای واقعی از زندگی میکروکنترلری تعریف کنم.
کد SPI Master در CodeVisionAVR
داستان خنده‌دار "جادوگر مستر و ورد SPI"
نبرد سه قهرمان: I2C 
SPI 
ایراد: سیم زیاد (MOSI, MISO, SCK, SS)
حالا جمع‌بندی کاربردی:
