2019年11月27日 | 利用C51单片机模拟SPI进行双机通信

1.1SPI协议简述

SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。由Motorola首创。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

优缺点：

• 1.协议简单，相对数据速率高。

• 2.占用的Pin口较多

• 3.没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
  

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI，SDO，SCK，CS。

• SDO – 主设备数据输出，从设备数据输入

• SDI – 主设备数据输入，从设备数据输出

• SCK – 时钟信号，由主设备产生

• CS – 从设备使能信号，由主设备控制
  

CS: 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

SCK：SCK为时钟信号线，主要控制时序。相当于整个SPI协议是以SCK为准进行的。因此SCK的控制在每次发送中只能在主机的控制下进行，从机不可控制。

SDI/SDO： 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。SDO为主机发送，从机接收；SDI为主机接受，从机发送。

参考网站(请自行替换.)：dlnware点com/theory/SPI-Bus

1.2SPI的四种模式

这四种模式分别为：

模式                   CPOL&CPHA
MODE0          CPOL=0;CPHA=0
MODE1          CPOL=0;CPHA=1
MODE2          CPOL=1;CPHA=0
MODE3          CPOL=1;CPHA=1

参考网站(请自行替换.)：dlnware点com/theory/SPI-Transfer-Modes

在这四种模式中，我们常用MODE0和MODE2。因为它便于操作。我便是使用的MODE2模式。这四种模式的区别在参考网站中有详细的描述，这里便不再赘述。

在MODE2模式下。时钟在空闲时始终置1，每产生一次下降沿便会发送1 bit 数据。大家可能已经想到，SPI协议可以在八位没有发出送完的情况下停止发送。

这里我跑了下示波器。
 
从图中清晰可见8个下降沿，时钟在空闲时始终置1。

其余的三个模式以此类推。

2.1软件模拟       

我使用的单片机为STC89C52，内部没有SPI的资源，因此需要自己进行软件模拟。

利用串口中断，首先利用电脑A得串口助手发送的数据存入SBUF，再将SBUF的值通过SPI的SDO发送给从机的SDI接收，并存入从机的SBUF，显示在电脑B的串口助手上。

目的：电脑A发送数据，如：AB，电脑B可接收到AB。

如图：
 

PS：在此项目中CS（片选）可以不用。

2.2代码

# include //头文件

# include //头文件

# define uchar unsigned char

# define uint unsigned int

sbit SCK = P1^0;//位定义时钟

//sbit CS = P1^1;//位定义片选(使能)  此项目可以不使用

sbit SDI = P1^2;//位定义Input

sbit SDO = P1^3;//位定义Output

/*-----函数声明-----*/

void delay5us();

void SpiSend(uchar dat1);

uchar SpiReceive();

void UARTInit();

/*-----主函数-----*/

void main()

{        

        UARTInit();

         while(1)

    {

                SBUF = SpiReceive();// 循环接收数据

    }

        ;//空语句        

}

/*-----5微秒延时函数-----*/

void delay5us()

{

        _nop_();

}

/*-----CPHA=0;CPOL=1 模式2-----*/

/*-----SPI发送函数-----*/

/*-----上升沿发送-----*/

void SpiSend(uchar dat1)

{

        uchar i;

        for (i=0; i<8; ++i)//8bit，一位一位写

        {

                SCK = 0;

                if (dat1 & 0x80)//判断当前最高位为1还是0

                {

                        SDO = 1;                

                }

                else

                {

                        SDO = 0;

                }

                SCK = 1;//上升沿发送数据

                dat1 <<= 1;

                delay5us();                

        }

}

/*-----SPI接收函数-----*/

/*-----下降沿接收-----*/

uchar SpiReceive()

{

        uchar i, dat0;

        dat0 = 0x00;//dat0初始化 

        for (i=0; i<8; ++i)//8bit，一位一位读

        {

                dat0<<=1;

        while(SCK == 1);    

        while(SCK == 0);//下降沿读取数据       

        dat0 |= SDI;         

        }

        return (dat0);//收到数据（返回值）dat0

}

/*-----串口（中断）初始化-----*/

void UARTInit()

{

        EA = 1;//开启总中断

        ES = 1;//打开串口中断

        SM0 = 0;SM1 = 1;//串口工作方式1，8位UART波特率可变

        REN = 1;//串口允许接收

        TR1 = 1;//启动定时器1

        TMOD |= 0X20;//定时器1，工作模式2 8位自动重装

        TH1 =0XFD;

        TL1 =0XFD;//设置波特率9600

}

/*-----串口中断服务函数-----*/

void UART() interrupt 4

{

        if (RI)//判断是否接收完成

        {

                RI = 0;//软件清零

                SpiSend(SBUF);// 转发接收到的数据

        }

        if (TI)//判断是否发送完成

        {

                TI = 0;//软件清零

        }                

}

PS：SDI和SDO需交叉连接。

3.总结

在发送数据时，时钟仅由发送端（主机）控制；

SPI四种模式，只需将主从机同步一种模式即可；

SCK，SDI，SDO，CS四个引脚由自己定义即可。