标题: 第5章 单片机SPI通信 [打印本页]
作者: wul    时间: 2016-3-28 02:11
标题: 第5章 单片机SPI通信
51单片机轻松入门—基于STC15W4K系列（C语言版）
李友全 编著:http://www.51hei.com/bbs/dpj-37954-1.html

第5章 单片机SPI通信
1 接口定义
2 SPI接口相关寄存器
3 SPI接口运用举例

（1）单主机-单从机通信方式(从机不用片选）

（2）STC-SPI硬接口(单主单从_从机使用片选）

（3）STC-SPI硬接口(互为主从）

（4）STC-SPI硬接口(单主多从）

1 接口定义

UART串口通信速度一般只能到达115200位/秒，SPI通信数据速率可达8MHz

(16M位/秒)以上的水平。 SPI接口共有4根信号线，分别是：设备选择线（片选）、时钟线、串行数据输出 线、串行数据输入线，如下图所示。

① MOSI（Master Out Slave In）：主器件数据输出，从器件数据输入，用于主器件到从
器件的数据传输。
② MISO（Master In Slave Out）：主器件数据输入，从器件数据输出，用于从器件到主 器件的数据传输。
③ SCLK (SPI Clock) ：时钟信号，只能由主器件产生。
④ /SS：设备选择线（片选），由主器件控制，当从器件片选信号输入低电平时为选中状 态，/SS是针对从器件而言的，作为主器件，不需要使用/SS。
单片机为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，单片机输出时钟信号有几种不同的状 态。

（1）时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态的电平。 CPOL=0：时钟空闲状态为低电平。 CPOL=1：时钟空闲状态为高电平。

（2）时钟相位(CPHA)定义数据的采样时刻。 CPHA=0：单片机在每个时钟周期的第一个跳变沿(上升或下降) 采样外部数据，第二个

跳变沿输出数据。
CPHA=1：在每个时钟周期的第一个跳变沿(上升或下降) 输出数据，第二个跳变沿采样 外部数据。

时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)的组合可形成四种不同的数据传输时序，如下图所示。

前沿采样后沿输出


2 SPI接口相关寄存器
表5-1 SPCTL控制寄存器（复位值为0000 0100B）

位号

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

位名称

SSIG

SPEN

DORD

MSTR

CPOL

CPHA

SPR1

SPR0

典型设置举例：
l 2个单片机3线制主从通信（从机不用片选线），主机设置：0xF0（1111 0000）， 从机设置：0xE0（1110 0000）。
l 2个单片机4线制通信（从机使用片选线），主机设置：0xF0（1111 0000）， 从机设置：0x60（0110 0000）。
l 2个单片机互为主从4线制通信（从机使用片选线），主机设置：0xF0（1111 0000）， 从机设置：0x60（0110 0000）。

各位详细说明：

SSIG ：/SS引脚忽略控制位。
1：忽略/SS引脚，由D4(MSTR)位确定器件为主机还是从机，MSTR=1（主机），MSTR=0（从机）。
0：作从机且使用片选线时设为0，同时将D4（MSTR）位设0成为从机，当片选线/SS为低时芯片 选中，可正常通信，当片选线/SS为高时芯片没选中，不参与通信。
SPEN ：SPI使能位。1：使能SPI。0：禁止SPI，所有SPI引脚都作为普通IO口使用。

DORD：设定数据发送和接收的顺序。1：低位在前，高位在后。 0：高位在前，低位在后。 MSTR ：MSTR=1（主机），MSTR=0（从机）。 CPOL：时钟极性。1：SPI空闲时，时钟线为高电平。0：SPI空闲时，时钟线为低电平。 CPHA：时钟相位选择。1：时钟前沿输出，后沿采样。0：时钟前沿采样，后沿输出。

SPR1与SPR0：主机输出时钟速率选择，见下表。


说明：SYS_clk表示CPU运行时钟，若没进行分频设置（默认值），SYS_clk就是内部R/C时钟

或外部晶振频率，作为主机方式，上面4种配置方式都可以稳定工作，但建议时钟频率一般不 要超过3M，这样既可增强SPI传输稳定性又能减小高频信号对电路板上其它器件产生干扰。对 于从机，时钟速率设置无效，它完全是由主机时钟频率控制，从机能接受的时钟频率要求控 制在SYS_clk/4以内，比如主机和从机都使用内部R/C时钟33.1776MHZ，主机和从机最高允许

时钟频率率33.1776/4≈8.3MHz。


表5-3 SPSTAT状态寄存器（复位值为00xx xxxxB）

位号

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

位名称

SPIF

WOCL

-

-

-

-

-

-

SPIF：SPI传输完成标志。当一次传输完成时，SPIF被置1,此时，如果SPI中断被打开

（ESPI=1,EA=1），则产生中断,SPIF标志通过软件向其写入1而清零，比如：SPSTAT=0xC0; 执行后SPSTAT=0x00。
WOCL：SPI写冲突标志。当一个数据还在传输，又向数据寄存器SPDAT写入数据时，WOCL被 置1,WOCL标志通过软件向其写入1而清零。
表5-4 SPDAT数据寄存器（复位值为0000 0000B）

位号

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

位名称

MSB







LSB

位7～0：保存SPI通信数据字节。MSB为最高位，LSB为最低位。例如，主机发送数据：
SPDAT=tmpdata; // 将tmpdata变量中的数据发送出去，执行此命令后硬件电路自动输出
tmpdata变量数据并接收从机数据。

重点说明：如下图所示，SPDAT是SPI接口内部移位寄存器配备的一个数据缓冲寄存器，其物 理地址与移位寄存器一样，当对SPDAT进行读操作时，读取的是缓冲寄存器中的内容，当对 SPDAT进行写操作时，数据将被直接写入移位寄存器并启动发送过程。


3 SPI接口运用举例

（1）单主机-单从机通信方式(从机不用片选），硬件电路如图所示。


程序功能说明：
计算机向主单片机（1号）发送一个字节数据，主单片机的串口每次收到1个字节数据后就立 刻将这个字节通过SPI口发送到从单片机（2号），同时，主单片机收到从单片机发回的一个 字节，并把收到的这个字节通过串口发送到计算机，可使用串口助手观察实验结果。 从单片机SPI口收到数据后，把收到的数据(SPDAT中读出的内容)放到自己的移位寄存器中
（对SPDAT写入数据），当下一次主单片机发送一个字节过来时把数据发回到主单片机，R/C

时钟频率22.1184MHz，计算机串口波特率设置为9600、n、8、1，十六进制发送与接收。


主单片机（1号）程序代码：


#include "STC15W4K.H"

//

注意宏定义后面没分号

bit SPI_Receive;
//
SPI 端口收到数据标志位
unsigned char SPI_buffer;
//
保存SPI端口收到的数据
/**************************************************************************
- 功能描述：STC15单片机串口1初始化,使用T1方式2自重载方式做波特率发生器
**************************************************************************/
void UART_init(void) // 9600bps@22.1184MHz
{
// 下面代码设置定时器1
TMOD |= 0x20; // 0010 0000 定时器1工作于方式2（8位自动重装方式） TH1 = 0xFA; // 波特率：9600 /22.1184MHZ
TL1 = 0xFA; // 波特率：9600 /22.1184MHZ TR1 = 1;
// 下面代码设置定串口
AUXR = 0x00; // 很关键，使用定时器1作为波特率发生器，S1ST2=0
SCON = 0x50; // 01010 0000 SM0.SM1=01(最普遍的8位通信）,REN=1（允许接受）
}
void Switch_port() // 根据硬件连接切换端口
{
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口设为准双向弱上拉方式。 UART_init(); // 初始化串口2C9600bps@22.1184MHz],9600bps@22.1184MHz
SPCTL=0xF0; // 主机 (或SPCTL=0xFC; )
Switch_port(); // 端口切换
while(1) // 主循环
{
if(RI) // 判串口是否收到数据
{
tmpdata=SBUF; // 读取串口中收到的数据 RI=0;
P35=!P35; // 串口接收数据指示灯，调试时观察串口工作是否正常
SPDAT=tmpdata; // 将数据发送到从机SPI SPI_status=0;
while(SPI_status==0)
{
SPI_status=SPSTAT; // 等待SPIF=1即等待SPI发送完毕 SPI_status=SPI_status&0x80;
}
SPSTAT=0xC0; // 清0标志位SPIF和WCOL SPI_buffer=SPDAT; // 保存收到的数据
SBUF=SPI_buffer; // 将接收到的数据从串口发送到计算机
while(TI==0); // 等待发送完毕
TI=0; // 清零串口发送中断标志
}
}
}

从单片机（2号）程序代码：


#include "STC15W4K.H"
//
注意宏定义后面没分号
bit SPI_Receive;
//
SPI 端口收到数据标志位
unsigned char SPI_buffer;
//
保存SPI端口收到的数据
void port_mode() {}
//
端口模式，与主单片机相同
void main(void)



{



port_mode();
//
所有IO口设为准双向弱上拉方式。
SPCTL=0xE0;
//
从机 (或SPCTL=0xEC; )
IE2=IE2|0x02;
//
ESPI(IE2.1)=1,允许SPIF产生中断
EA=1;
//
开总中断
SPI_Receive=0;
//
清标志字
while(1)
//
主循环
{



if (SPI_Receive)


// 判收是否收到主机SPI发来的数据
{



SPI_Receive=0;


// 清0主单片机SPI端口收到数据标志位
SPDAT=SPI_buffer; // 将收到数据送SPDAT,准备下一次通讯时发回
}
}
}
void SPI(void) interrupt 9
{
SPSTAT=0xC0; // 清0标志位SPIF和WCOL SPI_buffer=SPDAT; // 保存收到的数据 SPI_Receive=1; // 设置SPI端口收到数据标志
}
（2）STC-SPI硬接口(单主单从_从机使用片选）


我们使用片选的目的是要实现多机选择，如果只有一个从机就没有必要多使用一条片选线
了，因此程序中在SPI传输前打开片选（拉低从机SS），SPI传输完成后关闭片选（拉高 从机SS），当然也可以不关闭。只有很少一点代码与上例不同，如下所示。
sbit P2_4=P2^4;
#ifdef MASTER
SPCTL=0xf0; // 1111 0000
#else
SPCTL=0x60; // 0110 0000
#endif
………
P2_4=0; // 打开从机片选 SPDAT=tmpdata; // SPI 发送数据
…… // 等待SPI发送完毕
P2_4=1; // 关闭从机片选


（3）STC-SPI硬接口(互为主从）

程序功能说明：

1号单片机与2号单片机互为主从，分别通过串口与计算机相连，静态时2个单片机都设置为 需要片选的从机方式，如果哪个单片机收到计算机发来的数据，就设置为主机方式，拉低/SS 片选线选中从机，并发送数据给从机，主机收到从机的返回数据发计算机，从机收到主机的数 据也发计算机，总体效果是2个计算机串口可以对传数据。本实验在硬件上需要2个计算机串 口，串口助手可用STC_ISP打开2个串口助手窗口，R/C时钟频率22.1184MHz，波特率为9600、n、

8、1。

完整代码请参见教材P186-P187。

（4）STC-SPI硬接口(单主多从），硬件电路如图所示。


•功能与程序请参见教材P188-P190。
作者: aking991    时间: 2018-1-27 14:40
很好，学习了，不过有点少，再多点会更好，谢谢了
作者: friend114    时间: 2018-12-4 19:48
很好，学习了，不过有点少，再多点会更好，谢谢了
作者: 杨梅味的苹果    时间: 2019-4-24 21:13
感谢作者，很有帮助
作者: 许超越    时间: 2020-3-12 09:54
感谢作者，帮助很大
作者: longfu    时间: 2020-7-31 13:58
不错，值得学习



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