AVR單片機學習（八）SPI串行口與DS1302

SPI基本原理

spi 它是一種最常用的同步串行接口：同步的意思就是利用時鐘線對串行數(shù)據(jù)進行同步在時鐘的上升沿或下降沿極性鎖存數(shù)據(jù).所以它的線至少有時鐘線和數(shù)據(jù)線.

一、同步串行口

   利用時鐘線對串行數(shù)據(jù)進行同步

   上升沿或者下降沿鎖存數(shù)據(jù)

二、4線SPI：全雙工 （它的兩根數(shù)據(jù)線一個是收一個是發(fā)收發(fā)是可以同時進行的，還有2根 SS SCLK SS是用來幀同步的控制線，時鐘是SCLK 上升合下降 ）

  SS 、SCLK、MOSI、MISO 

三、3線SPI:半雙工（半雙工，收和發(fā) 用同一根 DIO ）

   SS、SCLK、DIO

四、SPI時序圖

五、按照時序圖編寫IO程序

一、上升沿：

PORTB &= ~(1<<5);

asm("NOP");

PORTB |= (1<<5);

二、下降沿：

PORTB |=(1<<5);

asm("NOP");

PORTB &= ~(1<<5);

下圖是DS1302的時序圖

從上圖可以看到它是屬于3線的SPI接口

讀操作：

      單字節(jié)讀的時序

      在CE它是一個幀同步在空閑的時候它是拉低的，它把CE拉高標示這一幀就要開始，然后在每一個SCLK的上升沿（S估計就是串行的意思CLK時鐘）我們看到每個上升沿上標了一個小箭頭然后在每個I/O 數(shù)據(jù)線上，記住前8位叫做輸入地址的這樣的數(shù)據(jù)，可以看到在每個時鐘的上升沿講每個數(shù)據(jù)寫入這個DS1302，在這個后8位這個DS1302的I/O口就要有輸入狀態(tài)轉變?yōu)檩敵隹梢钥吹阶兂上陆笛厣狭�，所以在讀數(shù)據(jù)的時候是在SCLK的下降沿上進行輸出的。
然后單片機就可以用I/O將這8位數(shù)據(jù)一位一位的讀回來，一幀2個字節(jié)16位結束之后呢？CE這根線就要拉低，表示這一幀結束了

寫操作：

     這是一個單字節(jié)寫的時序

     它與單字節(jié)讀非常類似的也是CE 這根線的拉高與拉低表示這一幀數(shù)據(jù)的開始和結束所不同的是這16位數(shù)據(jù)都是要輸入到DS1302里面去的也就是DS1302這個I/O一直是處于輸入狀態(tài)這個數(shù)據(jù)呢每個數(shù)據(jù)都是在每個數(shù)據(jù)的上升沿之中鎖入到DS1302之中、

這個是DS1302的時序圖，下面看看ATmega16的SPI接口的時序圖

 





可以看出他有4種模式 上升 下降 有兩種 共4種

等后面操作詳細講說時序。

解釋：相對于串行數(shù)據(jù)，SCK的相位合極性有4種組合。CPHA和CPOL控制組合的方式。SPI數(shù)據(jù)傳輸格式見Figture 67與Figure 68,每一位數(shù)據(jù)的移出和移入發(fā)生于SCK不同的信號跳變沿，以保證有足夠的時間使數(shù)據(jù)穩(wěn)定。這個過程在Table 56 和Table 57 有清楚的說明：sample(采樣)rising（上升） setup(設置)falling(下降) 呵呵英語不好。

Figure 67 是CPHA =0 時候的傳輸格式

Figure 68 是CPHA =1 時候的傳輸格式

ATmega 16 支持以上四種全部的模式 有的是上升沿鎖存有的是下降沿鎖存這四種模式，這四種模式我們一會在說到ATmega 16 的SPI接口的時候會詳細給你們菜鳥說： 

好了再看了SPI的時序圖之后要怎樣按照時序對它編程呢？

在基本的邏輯里面同步都是靠時鐘的上升沿來進行同步，也就是說我們需要掌握這個I/O口讓他產生一個時鐘，它上升沿或者下降沿的方法，上升沿就是低跳變到高，我們以PORTB 它的第五位作為輸出口為例來進行講解，產生上升沿首先它原先必須要是低輸出一個低電平0  PORTB =~(1<<5)  拉低  然后一個延遲延遲也可以去掉要看接受方的SPI接受速度是怎么樣的了，不過一般的器件它的SPI速率都是非常高的，我們沒有必要考慮單片機是否過快對它有所影響因此這個asm("NOP");這條語句可以去掉不過這個是什么意思呢？asm 在C語言中插入一條匯編指令，NOP呢？NOP是匯編語言中的一條空指令表示的是CPU在接下來的一個CPU時鐘里面它是什么都不干，干等著這么一個CPU時鐘周期，所以就實現(xiàn)一個非常小的延時。然后呢再將PORTB |=（1<<5）  它的第五位拉高，這樣就產生一個上升沿，同理下下降沿也是一樣的。接下來咱么講一下DS1302的時序圖吧。

DS1302的接口時序圖與AVR的接線圖

• 時序圖

     見DS1302的官方技術文檔

•   與AVR之間的接線圖

        3線SPI與4線SPI的互聯(lián)

這個時序圖上面已經說過了，那么這個DS1302屬于3線的SPI 而ATmega 16 是4線的SPI接口那么3線合4線之間怎樣進行互聯(lián)呢？我們看以采用下面的這種方法。

來看下電路圖

上圖的PB5  PB6   PB7 是單片機的三個I/O口。 可以看他它的第二功能是SPI功能

PB5可以看到MOSI   M是主  S 是從 意思就是主機輸出 從機輸入

同理PB6 MISO  是主機輸入 從機輸出 也就是AVR的SPI正常工作的時候PB6這個引腳它應該是處于一個輸入的狀態(tài)PB5應該是一個輸出的狀態(tài)。我們就將PB5 與PB6之間串上一個10K的電阻然后再將PB6直接接到I/O上，下面我們可以簡單的分析一下原理圖是怎樣正常工作的，首先這個DS1302對它處于寫的狀態(tài)的時候呢，DS1302的I/O口是處于輸入的，而PB6呢也是一個輸入口始終是一個輸入口。