第5章單片機(jī)SPI通信

ID:111078 · 發(fā)表于 2016-3-28 02:11

51單片機(jī)輕松入門(mén)—基于STC15W4K系列（C語(yǔ)言版）
李友全編著:http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-37954-1.html

第5章單片機(jī)SPI通信

1 接口定義

2 SPI接口相關(guān)寄存器

3 SPI接口運(yùn)用舉例

（1）單主機(jī)-單從機(jī)通信方式(從機(jī)不用片選）

（2）STC-SPI硬接口(單主單從_從機(jī)使用片選）

（3）STC-SPI硬接口(互為主從）

（4）STC-SPI硬接口(單主多從）

%E7%AC%AC5%E7%AB%A0-spi%E9%80%9A%E4%BF%A1-5.jpg (28.57 KB, 下載次數(shù): 145)

下載附件

2016-3-28 02:16 上傳

1 接口定義

UART串口通信速度一般只能到達(dá)115200位/秒，SPI通信數(shù)據(jù)速率可達(dá)8MHz

(16M位/秒)以上的水平。 SPI接口共有4根信號(hào)線，分別是：設(shè)備選擇線（片選）、時(shí)鐘線、串行數(shù)據(jù)輸出線、串行數(shù)據(jù)輸入線，如下圖所示。

① MOSI（Master Out Slave In）：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入，用于主器件到從

器件的數(shù)據(jù)傳輸。

② MISO（Master In Slave Out）：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出，用于從器件到主器件的數(shù)據(jù)傳輸。

③ SCLK (SPI Clock) ：時(shí)鐘信號(hào)，只能由主器件產(chǎn)生。

④ /SS：設(shè)備選擇線（片選），由主器件控制，當(dāng)從器件片選信號(hào)輸入低電平時(shí)為選中狀態(tài)，/SS是針對(duì)從器件而言的，作為主器件，不需要使用/SS。

單片機(jī)為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，單片機(jī)輸出時(shí)鐘信號(hào)有幾種不同的狀態(tài)。

（1）時(shí)鐘極性(CPOL)定義了時(shí)鐘空閑狀態(tài)的電平。 CPOL=0：時(shí)鐘空閑狀態(tài)為低電平。 CPOL=1：時(shí)鐘空閑狀態(tài)為高電平。

（2）時(shí)鐘相位(CPHA)定義數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻。 CPHA=0：?jiǎn)纹瑱C(jī)在每個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)跳變沿(上升或下降) 采樣外部數(shù)據(jù)，第二個(gè)

跳變沿輸出數(shù)據(jù)。

CPHA=1：在每個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)跳變沿(上升或下降) 輸出數(shù)據(jù)，第二個(gè)跳變沿采樣外部數(shù)據(jù)。

時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位(CPHA)的組合可形成四種不同的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序，如下圖所示。

前沿采樣后沿輸出

2 SPI接口相關(guān)寄存器

表5-1 SPCTL控制寄存器（復(fù)位值為0000 0100B）

位號(hào)	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
位名稱	SSIG	SPEN	DORD	MSTR	CPOL	CPHA	SPR1	SPR0

典型設(shè)置舉例：

l 2個(gè)單片機(jī)3線制主從通信（從機(jī)不用片選線），主機(jī)設(shè)置：0xF0（1111 0000），從機(jī)設(shè)置：0xE0（1110 0000）。

l 2個(gè)單片機(jī)4線制通信（從機(jī)使用片選線），主機(jī)設(shè)置：0xF0（1111 0000），從機(jī)設(shè)置：0x60（0110 0000）。

l 2個(gè)單片機(jī)互為主從4線制通信（從機(jī)使用片選線），主機(jī)設(shè)置：0xF0（1111 0000），從機(jī)設(shè)置：0x60（0110 0000）。

各位詳細(xì)說(shuō)明：

SSIG ：/SS引腳忽略控制位。

1：忽略/SS引腳，由D4(MSTR)位確定器件為主機(jī)還是從機(jī)，MSTR=1（主機(jī)），MSTR=0（從機(jī)）。

0：作從機(jī)且使用片選線時(shí)設(shè)為0，同時(shí)將D4（MSTR）位設(shè)0成為從機(jī)，當(dāng)片選線/SS為低時(shí)芯片選中，可正常通信，當(dāng)片選線/SS為高時(shí)芯片沒(méi)選中，不參與通信。

SPEN ：SPI使能位。1：使能SPI。0：禁止SPI，所有SPI引腳都作為普通IO口使用。

DORD：設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的順序。1：低位在前，高位在后。 0：高位在前，低位在后。 MSTR ：MSTR=1（主機(jī)），MSTR=0（從機(jī)）。 CPOL：時(shí)鐘極性。1：SPI空閑時(shí)，時(shí)鐘線為高電平。0：SPI空閑時(shí)，時(shí)鐘線為低電平。 CPHA：時(shí)鐘相位選擇。1：時(shí)鐘前沿輸出，后沿采樣。0：時(shí)鐘前沿采樣，后沿輸出。

SPR1與SPR0：主機(jī)輸出時(shí)鐘速率選擇，見(jiàn)下表。

說(shuō)明：SYS_clk表示CPU運(yùn)行時(shí)鐘，若沒(méi)進(jìn)行分頻設(shè)置（默認(rèn)值），SYS_clk就是內(nèi)部R/C時(shí)鐘

或外部晶振頻率，作為主機(jī)方式，上面4種配置方式都可以穩(wěn)定工作，但建議時(shí)鐘頻率一般不要超過(guò)3M，這樣既可增強(qiáng)SPI傳輸穩(wěn)定性又能減小高頻信號(hào)對(duì)電路板上其它器件產(chǎn)生干擾。對(duì) 于從機(jī)，時(shí)鐘速率設(shè)置無(wú)效，它完全是由主機(jī)時(shí)鐘頻率控制，從機(jī)能接受的時(shí)鐘頻率要求控制在SYS_clk/4以內(nèi)，比如主機(jī)和從機(jī)都使用內(nèi)部R/C時(shí)鐘33.1776MHZ，主機(jī)和從機(jī)最高允許

時(shí)鐘頻率率33.1776/4≈8.3MHz。

表5-3 SPSTAT狀態(tài)寄存器（復(fù)位值為00xx xxxxB）

位號(hào)	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
位名稱	SPIF	WOCL	-	-	-	-	-	-

SPIF：SPI傳輸完成標(biāo)志。當(dāng)一次傳輸完成時(shí)，SPIF被置1,此時(shí)，如果SPI中斷被打開(kāi)

（ESPI=1,EA=1），則產(chǎn)生中斷,SPIF標(biāo)志通過(guò)軟件向其寫(xiě)入1而清零，比如：SPSTAT=0xC0; 執(zhí)行后SPSTAT=0x00。

WOCL：SPI寫(xiě)沖突標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)還在傳輸，又向數(shù)據(jù)寄存器SPDAT寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，WOCL被置1,WOCL標(biāo)志通過(guò)軟件向其寫(xiě)入1而清零。

表5-4 SPDAT數(shù)據(jù)寄存器（復(fù)位值為0000 0000B）

位號(hào)	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
位名稱	MSB							LSB

位7～0：保存SPI通信數(shù)據(jù)字節(jié)。MSB為最高位，LSB為最低位。例如，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)：

SPDAT=tmpdata; // 將tmpdata變量中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，執(zhí)行此命令后硬件電路自動(dòng)輸出

tmpdata變量數(shù)據(jù)并接收從機(jī)數(shù)據(jù)。

重點(diǎn)說(shuō)明：如下圖所示，SPDAT是SPI接口內(nèi)部移位寄存器配備的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，其物理地址與移位寄存器一樣，當(dāng)對(duì)SPDAT進(jìn)行讀操作時(shí)，讀取的是緩沖寄存器中的內(nèi)容，當(dāng)對(duì) SPDAT進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，數(shù)據(jù)將被直接寫(xiě)入移位寄存器并啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。

3 SPI接口運(yùn)用舉例

（1）單主機(jī)-單從機(jī)通信方式(從機(jī)不用片選），硬件電路如圖所示。

程序功能說(shuō)明：

計(jì)算機(jī)向主單片機(jī)（1號(hào)）發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，主單片機(jī)的串口每次收到1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后就立刻將這個(gè)字節(jié)通過(guò)SPI口發(fā)送到從單片機(jī)（2號(hào)），同時(shí)，主單片機(jī)收到從單片機(jī)發(fā)回的一個(gè) 字節(jié)，并把收到的這個(gè)字節(jié)通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)，可使用串口助手觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從單片機(jī)SPI口收到數(shù)據(jù)后，把收到的數(shù)據(jù)(SPDAT中讀出的內(nèi)容)放到自己的移位寄存器中

（對(duì)SPDAT寫(xiě)入數(shù)據(jù)），當(dāng)下一次主單片機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)過(guò)來(lái)時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)回到主單片機(jī)，R/C

時(shí)鐘頻率22.1184MHz，計(jì)算機(jī)串口波特率設(shè)置為9600、n、8、1，十六進(jìn)制發(fā)送與接收。

主單片機(jī)（1號(hào)）程序代碼：

#include "STC15W4K.H"	//	注意宏定義后面沒(méi)分號(hào)
bit SPI_Receive;	//	SPI 端口收到數(shù)據(jù)標(biāo)志位
unsigned char SPI_buffer;	//	保存SPI端口收到的數(shù)據(jù)

/**************************************************************************

- 功能描述：STC15單片機(jī)串口1初始化,使用T1方式2自重載方式做波特率發(fā)生器

**************************************************************************/

void UART_init(void) // 9600bps@22.1184MHz

{

// 下面代碼設(shè)置定時(shí)器1

TMOD |= 0x20; // 0010 0000 定時(shí)器1工作于方式2（8位自動(dòng)重裝方式） TH1 = 0xFA; // 波特率：9600 /22.1184MHZ

TL1 = 0xFA; // 波特率：9600 /22.1184MHZ TR1 = 1;

// 下面代碼設(shè)置定串口

AUXR = 0x00; // 很關(guān)鍵，使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，S1ST2=0

SCON = 0x50; // 01010 0000 SM0.SM1=01(最普遍的8位通信）,REN=1（允許接受）

}

void Switch_port() // 根據(jù)硬件連接切換端口

{

AUXR1&=0XF3; //1111 0011

AUXR1|=0X04; //0000 0100

}

void port_mode() // 端口模式

{

P0M1=0x00; P0M0=0x00;P1M1=0x00; P1M0=0x00;P2M1=0x00; P2M0=0x00;P3M1=0x00; P3M0=0x00; P4M1=0x00; P4M0=0x00;P5M1=0x00; P5M0=0x00;P6M1=0x00; P6M0=0x00;P7M1=0x00; P7M0=0x00;

}

void main(void)

{

unsigned char tmpdata,SPI_status;

port_mode(); // 所有IO口設(shè)為準(zhǔn)雙向弱上拉方式。 UART_init(); // 初始化串口2C9600bps@22.1184MHz],9600bps@22.1184MHz

SPCTL=0xF0; // 主機(jī) (或SPCTL=0xFC; )

Switch_port(); // 端口切換

while(1) // 主循環(huán)

{

if(RI) // 判串口是否收到數(shù)據(jù)

{

tmpdata=SBUF; // 讀取串口中收到的數(shù)據(jù) RI=0;

P35=!P35; // 串口接收數(shù)據(jù)指示燈，調(diào)試時(shí)觀察串口工作是否正常

SPDAT=tmpdata; // 將數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī)SPI SPI_status=0;

while(SPI_status==0)

{

SPI_status=SPSTAT; // 等待SPIF=1即等待SPI發(fā)送完畢 SPI_status=SPI_status&0x80;

}

SPSTAT=0xC0; // 清0標(biāo)志位SPIF和WCOL SPI_buffer=SPDAT; // 保存收到的數(shù)據(jù)

SBUF=SPI_buffer; // 將接收到的數(shù)據(jù)從串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)

while(TI==0); // 等待發(fā)送完畢

TI=0; // 清零串口發(fā)送中斷標(biāo)志

}

從單片機(jī)（2號(hào)）程序代碼：

#include "STC15W4K.H"	//		注意宏定義后面沒(méi)分號(hào)
bit SPI_Receive;	//		SPI 端口收到數(shù)據(jù)標(biāo)志位
unsigned char SPI_buffer;	//		保存SPI端口收到的數(shù)據(jù)
void port_mode() {}	//		端口模式，與主單片機(jī)相同
void main(void)
{
port_mode();	//	所有IO口設(shè)為準(zhǔn)雙向弱上拉方式。
SPCTL=0xE0;	//	從機(jī) (或SPCTL=0xEC; )
IE2=IE2\|0x02;	//	ESPI(IE2.1)=1,允許SPIF產(chǎn)生中斷
EA=1;	//	開(kāi)總中斷
SPI_Receive=0;	//	清標(biāo)志字
while(1)	//	主循環(huán)
{
if (SPI_Receive)		// 判收是否收到主機(jī)SPI發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)
{
SPI_Receive=0;		// 清0主單片機(jī)SPI端口收到數(shù)據(jù)標(biāo)志位

SPDAT=SPI_buffer; // 將收到數(shù)據(jù)送SPDAT,準(zhǔn)備下一次通訊時(shí)發(fā)回

}

void SPI(void) interrupt 9

{

SPSTAT=0xC0; // 清0標(biāo)志位SPIF和WCOL SPI_buffer=SPDAT; // 保存收到的數(shù)據(jù) SPI_Receive=1; // 設(shè)置SPI端口收到數(shù)據(jù)標(biāo)志

}

（2）STC-SPI硬接口(單主單從_從機(jī)使用片選）

我們使用片選的目的是要實(shí)現(xiàn)多機(jī)選擇，如果只有一個(gè)從機(jī)就沒(méi)有必要多使用一條片選線

了，因此程序中在SPI傳輸前打開(kāi)片選（拉低從機(jī)SS），SPI傳輸完成后關(guān)閉片選（拉高從機(jī)SS），當(dāng)然也可以不關(guān)閉。只有很少一點(diǎn)代碼與上例不同，如下所示。

sbit P2_4=P2^4;

#ifdef MASTER

SPCTL=0xf0; // 1111 0000

#else

SPCTL=0x60; // 0110 0000

#endif

………

P2_4=0; // 打開(kāi)從機(jī)片選 SPDAT=tmpdata; // SPI 發(fā)送數(shù)據(jù)

…… // 等待SPI發(fā)送完畢

P2_4=1; // 關(guān)閉從機(jī)片選

（3）STC-SPI硬接口(互為主從）

程序功能說(shuō)明：

1號(hào)單片機(jī)與2號(hào)單片機(jī)互為主從，分別通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連，靜態(tài)時(shí)2個(gè)單片機(jī)都設(shè)置為需要片選的從機(jī)方式，如果哪個(gè)單片機(jī)收到計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，就設(shè)置為主機(jī)方式，拉低/SS 片選線選中從機(jī)，并發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)，主機(jī)收到從機(jī)的返回?cái)?shù)據(jù)發(fā)計(jì)算機(jī)，從機(jī)收到主機(jī)的數(shù) 據(jù)也發(fā)計(jì)算機(jī)，總體效果是2個(gè)計(jì)算機(jī)串口可以對(duì)傳數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)在硬件上需要2個(gè)計(jì)算機(jī)串口，串口助手可用STC_ISP打開(kāi)2個(gè)串口助手窗口，R/C時(shí)鐘頻率22.1184MHz，波特率為9600、n、

8、1。

完整代碼請(qǐng)參見(jiàn)教材P186-P187。

（4）STC-SPI硬接口(單主多從），硬件電路如圖所示。