2023年03月24日 | 51单片机 | SPI协议与应用实例

简介：

• 串行外围设备接口

• 全双工三线同步，可以同时发出和接收串行数据

• 采用主从（Master Slave）架构，支持多Slave模式应用，一般仅支持单Slave

• 时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后

• 目前应用中可以达到几Mbps的水平

• 优点：与普通的串行设备相比，可以按位传输，甚至可以暂停。当没有时钟跳变时，从设备不采集和传送数据。不需要寻址操作。全双工通信。

• 缺点：没有应答机制确认。

特点：

• 提供频率可编程时钟

• 发送结束、中断标志；写冲突保护

• 总线竞争保护

• SPI总线工作的4种工作方式中，使用最广泛的是SPI0和SPI3方式

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信号线情况：

• SCLK提供时钟脉冲，SDI/SDO基于此脉冲按位传输。当处于上升沿模式时，输出：通过SDO线在时钟上升沿时输出，在紧接着的下降沿被读取。输入同理。

• SS/CS是片选信号线，只有片选信号为使能信号时，对芯片的操作才有效，所以可以在同一总线上连接多个SPI设备

• SDI：slave → master，从机要发送给主机的数据

• SDO：master → slave，主机要发送给从机的数据

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连接方式：

• 级联方式：此时所有设备的CS端都连在一起，只要选中一个设备，则全选。可以作为一个设备进行处理。

• 独立连接方式：设备独立操作，为被选通的从设备均处于高阻隔离状态。

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工作模式：

CPOL=0：SCLK有效时为高电平（active-high）

CPOL=1：SCLK有效时为低电平（active-low）

CPHA=0：表示第一个边沿

CPHA=1：表示第二个边沿

Toggling edge为切换边沿，输出信号

Sampling edge为采样边沿，输入信号

时序图：

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SPI协议举例

• 主机8位寄存器存放的是1010 1010，从机存放的是0101 0101，将主从机数据交换

• SDI：slave → master

• SDO：master → slave

• 上升沿发送、下降沿接收

初始化就绪状态：

• 主机SBUFF = 1010 1010

• 从机SBUFF = 0101 0101

操作过程：如图所示，经过8个脉冲后，master和slave数据交换

SPI的8个时钟周期的数据：

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基于SPI协议，DS1302显示时钟实例

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实现效果：

实现代码：

   1 #include

  2 typedef unsigned char uchar;

  3 typedef unsigned int uint;

  4 //写操作控制字节,D7=1,D0=0

  5 uchar code write_address[] =

  6 {

  7     //秒,分,小时,日,月,星期,年

  8     0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c

  9 };

 10 //读操作,D7=1,D0=1,地址同写操作

 11 uchar code read_address[] =

 12 {

 13     0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d

 14 };

 15 uchar code table[] =

 16 {

 17     //0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

 18     0xfc, 0x60, 0xda, 0xf2, 0x66, 0xb6, 0xbe, 0xe0, 0xfe, 0xf6

 19 };

 20 //dat1和dat2存放读出来的时间,初始值写入12年5月9日1时1分1秒,dat1存放1234位,dat2存放567位

 21 uchar dat1[] = {0x01, 0x01, 0x01, 0x09, 0x05, 0x02, 0x12};

 22 uchar dat2[] = {0x01, 0x01, 0x01, 0x09, 0x05, 0x02, 0x12};

 23 sbit rst = P3 ^ 0;

 24 sbit scl = P3 ^ 1;

 25 sbit sda = P3 ^ 2;

 26 sbit ACC7 = ACC ^ 7;

 27 void Delay(uint m)

 28 {

 29     while(m--);

 30 }

 31 /* SPI协议操作,读字节 */

 32 uchar ReadByte()

 33 {

 34     uchar i;

 35     for (i = 0; i < 8; ++i)

 36     {

 37         ACC = ACC >> 1; //累加器左移1位,补上未知数x

 38         ACC7 = sda; //从sda引脚写入ACC最高位

 39         scl = 1;

 40         scl = 0; //时钟下降沿读入

 41     }

 42     return ACC;

 43 }

 44 /* SPI协议操作,写字节 */

 45 void WriteByte(uchar byte)

 46 {

 47     uchar i;

 48     for (i = 0; i < 8; ++i)

 49     {

 50         byte >>= 1; //byte左移1位存入CY

 51         scl = 0;

 52         sda = CY; //从CY移入sda,发送给DS102

 53         scl = 1; //时钟上升沿写入

 54     }

 55 }

 56 void Write1302(uchar address, uchar dat) //写地址子程序

 57 {

 58     rst = 0;

 59     scl = 0;

 60     rst = 1; //rst上升沿开始写数据

 61     WriteByte(address); //先写入地址控制字节

 62     WriteByte(dat); //再写入数据字节

 63     rst = 0;

 64 }

 65 uchar Read1302(uchar address)

 66 {

 67     uchar temp;

 68     rst = 0;

 69     scl = 0;

 70     rst = 1; //读过程中保持rst高电平状态

 71     WriteByte(address | 0x01); //写入地址并置R/W位为1(读)

 72     temp = ReadByte(); //在单片机写入命令字节的最后一位的第一个下降沿处即读出数据

 73     scl = 1; 

 74     rst = 0;

 75     return temp;

 76 }

 77 void SetRST()

 78 {

 79     uchar i;

 80     Write1302(0x8e, 0x00); //向10001110写保护寄存器,写入指令0x00

 81     for (i = 0; i < 7; ++i)

 82         Write1302(write_address[i], dat1[i]); //从秒到年各寄存器写入对应初始值

 83     Write1302(0x8e, 0x80); //向写保护寄存器,写入数据0x80

 84 }

 85 void ReadTime()

 86 {

 87     uchar i, temp1, temp2, temp3;

 88     temp3 = 0x80; //temp3存放时间寄存器地址

 89     for (i = 0; i < 7; ++i) //分别读出秒分小时日月星期年

 90     {

 91         temp1 = Read1302(temp3);

 92         temp2 = temp1;

 93         dat1[i] = (temp1 >> 1) & 0x0f; //读出的数据1234位存入dat1,屏蔽其他位

 94         dat2[i] = (temp2 >> 5) & 0x07; //读出的数据567位存入dat2,屏蔽其他位

 95         temp3 = temp3 + 0x02; //下一个寄存器地址

 96     }

 97 }

 98 void main()

 99 {

100     rst = 0;

101     SetRST(); //时钟建立

102     while(1)

103     {

104         ReadTime(); //读时间

105         P2 = 0xfe;

106         P1 = table[dat1[0] % 10];

107         Delay(500);

108         P2 = 0xfd;

109         P1 = table[dat2[0] % 10];

110         Delay(500);

111         P2 = 0xfb;

112         P1 = 0x02; // -

113         Delay(500);

114         P2 = 0xf7;

115         P1 = table[dat1[1] % 10];

116         Delay(500);

117         P2 = 0xef;

118         P1 = table[dat2[1] % 10];

119         Delay(500);

120         P2 = 0xdf;

121         P1 = 0x02; // -

122         Delay(500);

123         P2 = 0xbf;

124         P1 = table[dat1[2] % 10];

125         Delay(500);

126         P2 = 0x7f;

127         P1 = table[dat2[2] % 10];

128         Delay(500);

129     }

130 }