串行外围界面（SPI）是一种同步的串行通信协议，主要用于短途通信，主要用于嵌入式系统。通过SPI将Arduino的多功能性与Raspberry Pi的计算能力相结合可以打开许多项目可能性。在这篇博客文章中，我们将探讨如何在Arduino和Raspberry Pi之间进行设置和使用SPI通信。
了解SPI
SPI是一种以主奴隶模式运行的全双工通信协议。它使用四个主要行：
- 莫西（主人奴隶）： 将数据从主转移到从属。
- 味o（奴隶的主人）： 将数据从从属传输到主。
- SCLK（串行时钟）： 同步由主生成的数据传输。
- SS/CS（从属选择/芯片选择）： 选择从设备。
SPI以其简单性和速度而受到青睐，非常适合需要设备之间快速数据交换的应用程序。
为什么要将SPI与Arduino和Raspberry Pi一起使用？
将Arduino与Raspberry Pi相结合，利用了两个平台的优势。 Arduino在实时的低级硬件控制下擅长，而Raspberry Pi则提供高级处理功能，网络连接和丰富的操作系统环境。使用SPI允许这两个设备有效地通信，从而启用复杂的项目，例如家庭自动化系统，机器人技术和数据记录应用程序。
设置硬件
要在Arduino和Raspberry Pi之间建立SPI通信，您将需要以下组件：
- Arduino Uno（或任何兼容的Arduino董事会）
- Raspberry Pi（带有GPIO引脚的任何型号）
- 跳线
- 面包板（可选）
将Arduino和Raspberry Pi与SPI接线
仔细的接线对于确保正确沟通至关重要。这是使用SPI连接Arduino和Raspberry Pi的方法：
| 覆盆子Pi Gpio Pin | Arduino Pin | 描述 |
|---|---|---|
| GPIO10（MOSI） | 引脚11（MOSI） | 掌握奴隶 |
| GPIO9（味o） | 引脚12（味o） | 大师奴隶 |
| GPIO11（SCLK） | 引脚13（SCLK） | 串行时钟 |
| GPIO8（CE0） | 引脚10（SS） | 从选择 |
| gnd | gnd | 共同点 |
| 3.3V | 5V | 电源（如有必要，使用水平转换） |
笔记： Raspberry Pi在3.3V逻辑水平上运行，而Arduino Uno使用5V。建议使用逻辑级转换器来防止对覆盆子PI的潜在损害。
配置Arduino
Arduino将充当SPI从设备。以下是一个示例Arduino草图，以设置它：
// Arduino as SPI Slave
#include
volatile byte receivedData = 0;
void setup() {
// Initialize serial communication for debugging
Serial.begin(9600);
// Set MISO as output
pinMode(MISO, OUTPUT);
// Enable SPI in Slave Mode
SPCR |= _BV(SPE);
SPI.attachInterrupt();
}
ISR(SPI_STC_vect) {
receivedData = SPDR;
}
void loop() {
if (receivedData) {
Serial.print("Received: ");
Serial.println(receivedData);
receivedData = 0;
}
}
解释：
- spi.AttachInterrupt（）; 启用SPI中断，允许Arduino处理传入数据。
- 在中断服务程序中
ISR(SPI_STC_vect)，收到的数据存储用于处理。 - 这
loop()功能检查接收到的数据并将其打印到串行监视器。
配置覆盆子Pi
Raspberry Pi将充当SPI主设备。我们将使用Python与 spidev 库处理SPI通信。首先，确保启用SPI：
- 打开Raspberry Pi配置工具：
sudo raspi-config - 导航到 接口选项 > spi > 使能够
- 如果提示，请重新启动覆盆子Pi。
安装 spidev 库如果尚未安装：
sudo apt-get install python3-spidev这是Raspberry Pi的示例Python脚本：
# Raspberry Pi as SPI Master
import spidev
import time
# Open SPI bus 0, device (CS) 0
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
# Set SPI speed and mode
spi.max_speed_hz = 50000
spi.mode = 0
def send_data(data):
"""Send a single byte to the SPI slave"""
response = spi.xfer2([data])
return response
try:
while True:
data = 42 # Example data byte
print(f"Sending: {data}")
resp = send_data(data)
print(f"Received: {resp[0]}")
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
spi.close()
解释：
- spi.open（0，0） 打开SPI总线0，设备0（CE0）。
- spi.xfer2（[数据]） 发送数据字节并同时从从服务器接收数据。
- 该脚本每秒发送一个字节（例如42），并打印来自Arduino的响应。
测试通信
建立了Arduino和Raspberry Pi之后：
- 将Arduino草图上传到Arduino Board。
- 通过SPI接线将Arduino连接到Raspberry Pi。
- 在Raspberry Pi上运行Python脚本：
python3 spi_master.py - 打开Arduino串行监视器以查看接收的数据：
Tools > Serial Monitor
您应该看到Arduino接收由Raspberry Pi发送的数据并将其显示在串行显示器中。同样，Raspberry Pi将显示其发送的数据及其收到的响应。
故障排除提示
- 检查接线： 确保Arduino和Raspberry Pi之间的所有连接均安全并正确映射。
- 电压水平： 使用逻辑级转换器将Raspberry Pi的3.3V与Arduino的5V匹配。
-
启用SPI： 验证使用Raspberry Pi启用SPI
raspi-config. -
许可： 确保您的用户拥有访问SPI设备的必要权限。您可能需要使用Python脚本
sudo. - 波特率： 确保串行显示器和Arduino草图使用相同的波特率。
- SPI设置： 确保Master和Nave都采用相同的SPI模式和速度配置。
结论
使用Arduino和Raspberry Pi之间的SPI通信，您可以有效利用两个平台的优势。无论您是构建复杂的机器人系统，开发传感器网络还是尝试数据记录，了解SPI都是无价的。通过遵循本指南中概述的步骤，您可以建立可靠的SPI通信，并着手进行令人兴奋的嵌入式项目，以利用Arduino和Raspberry Pi的力量。快乐的修补！
