SPI (Serial Peripheral Interface)
Le **SPI** (Serial Peripheral Interface) est un protocole de communication série utilisé pour permettre l’échange rapide de données entre un microcontrôleur et divers périphériques (comme des capteurs, des afficheurs, des mémoires, etc.) sur un circuit imprimé. Le SPI est souvent utilisé dans les systèmes embarqués nécessitant une communication rapide et fiable entre plusieurs composants.
### Caractéristiques principales du SPI :
1. **Communication synchrone** : Contrairement à certains protocoles asynchrones (comme UART), le SPI utilise une ligne d’horloge partagée pour synchroniser l’envoi et la réception des données entre les périphériques.
2. **Topologie maître-esclave** : Le protocole SPI fonctionne avec une architecture maître-esclave, où :
– Le **maître** (généralement un microcontrôleur) contrôle l’horloge et initie les communications.
– L’**esclave** (périphérique connecté) répond aux commandes du maître.
Un bus SPI peut avoir un seul maître, mais plusieurs esclaves peuvent y être connectés.
3. **Lignes de communication** :
Le SPI utilise **quatre fils** principaux :
– **MOSI (Master Out, Slave In)** : Ligne sur laquelle le maître envoie des données vers l’esclave.
– **MISO (Master In, Slave Out)** : Ligne sur laquelle l’esclave envoie des données au maître.
– **SCLK (Serial Clock)** : Ligne d’horloge générée par le maître pour synchroniser la communication.
– **SS (Slave Select)** : Ligne pour sélectionner un esclave spécifique avec lequel le maître veut communiquer. Il y a une ligne SS pour chaque esclave sur le bus.
4. **Full-Duplex** : Le SPI est un protocole **full-duplex**, ce qui signifie que les données peuvent être envoyées et reçues simultanément, ce qui améliore la vitesse et l’efficacité de la communication.
5. **Pas de protocole d’adresse** : Contrairement à I2C, le SPI ne possède pas de mécanisme d’adressage intégré. Chaque esclave est sélectionné directement par le maître via une ligne de sélection dédiée (SS).
### Comment fonctionne une communication SPI :
1. **Initialisation** : Le maître sélectionne un esclave spécifique en activant sa ligne SS (Slave Select).
2. **Transmission des données** : Le maître envoie des données via la ligne MOSI, et l’esclave peut simultanément répondre via la ligne MISO. L’horloge SCLK contrôle le flux de données.
3. **Fin de la communication** : Une fois l’échange terminé, le maître désactive la ligne SS pour couper la communication avec cet esclave.
### Modes SPI :
Le protocole SPI peut être configuré de différentes manières selon les besoins spécifiques en termes de synchronisation des données. Deux paramètres principaux définissent les modes SPI :
– **CPOL (Clock Polarity)** : Détermine si l’horloge SCLK commence à un état haut ou bas.
– **CPHA (Clock Phase)** : Définit le moment où les données sont échantillonnées et transmises, soit sur le front montant, soit sur le front descendant de l’horloge.
Ces deux paramètres donnent lieu à **quatre modes SPI** (Mode 0 à Mode 3), adaptés à différents types de périphériques.
### Applications du SPI :
– **Mémoires** : Les mémoires flash, EEPROM, et RAM sont souvent connectées via SPI pour des lectures/écritures rapides.
– **Capteurs** : Beaucoup de capteurs de température, de pression, d’humidité, etc., utilisent le SPI pour envoyer des données à des microcontrôleurs.
– **Afficheurs** : Les écrans LCD et OLED peuvent être pilotés via SPI pour afficher des informations.
– **Convertisseurs** : Des convertisseurs analogique-numérique (ADC) ou numérique-analogique (DAC) utilisent souvent SPI pour envoyer ou recevoir des données de mesure.
### Avantages du SPI :
– **Vitesse élevée** : Le SPI permet des taux de transfert de données très rapides, souvent bien supérieurs à ceux du bus I2C.
– **Full-duplex** : La possibilité de transmettre et de recevoir des données simultanément en fait un protocole très efficace.
– **Simplicité matérielle** : Il n’y a pas besoin de protocoles complexes de gestion d’adressage ou de contrôle des erreurs, ce qui rend le SPI rapide et facile à mettre en œuvre.
### Inconvénients du SPI :
– **Nombre de fils** : Le SPI nécessite au moins quatre fils, et chaque esclave supplémentaire nécessite une ligne SS dédiée, ce qui peut compliquer les connexions dans des systèmes avec de nombreux périphériques.
– **Pas de standardisation** : Contrairement à des protocoles comme I2C, le SPI n’a pas de protocole d’adresse ou de mécanisme de gestion des collisions, ce qui limite son usage dans des systèmes très complexes.
– **Portée limitée** : Comme l’I2C, le SPI est principalement conçu pour des communications sur de courtes distances, généralement à l’intérieur d’un même circuit imprimé.
En résumé, le **SPI** est un protocole de communication série rapide, utilisé principalement dans des systèmes embarqués pour échanger des données entre un microcontrôleur et divers périphériques. Sa rapidité et sa flexibilité en font un choix populaire lorsque la vitesse est un critère essentiel, bien que son besoin en fils supplémentaires puisse devenir un inconvénient dans des systèmes complexes.