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利用C51单片机模拟SPI进行双机通信

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 osc_g8254g7s
发布于 2019/08/20 09:33
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SPI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:

  • 协议简单,相对数据速率高。
  • 占用的Pin口较多
  • 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:http://dlnware.com/theory/SPI-Bus

SPI的四种模式

 

这四种模式分别为:
模式  CPOL CPHA
MODE0 0 0
MODE1 0 1
MODE2 1 0
MODE3 1 1

 

参考网站:http://dlnware.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。

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。

代码

# include <reg52.h>//头文件
# include <intrins.h>//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);//等待下降沿,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。

总结

  1. 在发送数据时,时钟仅由发送端(主机)控制;
  2. SPI四种模式,只需将主从机同步一种模式即可;
  3. SCK,SDI,SDO,CS四个引脚由自己定义即可。
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