目錄

• 硬知識(shí)
• • SPI協(xié)議簡(jiǎn)介
  • SPI接口介紹
  • SPI接口連接圖
  • SPI數(shù)據(jù)傳輸方向
  • SPI傳輸模式
• 軟件SPI程序源碼
• • Soft_SPI.c
  • Soft_SPI.h

普中51-單核-A2
STC89C52
Keil uVision V5.29.0.0
PK51 Prof.Developers Kit Version:9.60.0.0
上位機(jī)：Vofa+ 1.3.10

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???????源于軟件模擬SPI接口程序代碼（4種模式）—— 內(nèi)陸的咸水魚，有改動(dòng)。

硬知識(shí)

SPI協(xié)議簡(jiǎn)介

???????SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，一般主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，通常采用的是4根線，它們是MISO（數(shù)據(jù)輸入，針對(duì)主機(jī)來(lái)說(shuō)）、MOSI（數(shù)據(jù)輸出，針對(duì)主機(jī)來(lái)說(shuō)）、SCLK（時(shí)鐘，主機(jī)產(chǎn)生）、CS/SS（片選，一般由主機(jī)發(fā)送或者直接使能，通常為低電平有效）

SPI接口介紹

???????SCK：時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生，所以主設(shè)備SCK信號(hào)為輸出模式，從設(shè)備的SCK信號(hào)為輸入模式。
???????CS：片選信號(hào)，由主設(shè)備控制從設(shè)備，，所以主設(shè)備CS信號(hào)為輸出模式，從設(shè)備的CS信號(hào)為輸入模式。
???????MOSI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，所以主設(shè)備MOSI信號(hào)為輸出模式，從設(shè)備的MOSI信號(hào)為輸入模式。
???????MISO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，所以主設(shè)備MISO信號(hào)為輸入模式，從設(shè)備的MISO信號(hào)為輸出模式。

SPI接口連接圖

???????注意：MOSI和MISO不能交叉連接(可以把主從機(jī)理解為一個(gè)整體系統(tǒng)，MOSI為系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收的數(shù)據(jù)線，MISO為主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)線)

SPI數(shù)據(jù)傳輸方向

???????SPI作為全雙工的的串行通信協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)高位在前，低位在后。主機(jī)和從機(jī)公用由主機(jī)產(chǎn)生的SCK信號(hào)，所以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)主機(jī)和從機(jī)有1bit的數(shù)據(jù)交換(因?yàn)镸OSI和MISO數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)都是在時(shí)鐘的邊沿處被采樣)。如下圖：

???????SPI協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)采樣是在SCK的上升沿或下降沿時(shí)刻(由SPI模式?jīng)Q定，下面會(huì)說(shuō)到)，觀察上圖，在SCK的邊沿處(上升沿或下降沿)，主機(jī)會(huì)在MISO數(shù)據(jù)線上采樣(接收來(lái)從機(jī)的數(shù)據(jù))，從機(jī)會(huì)在MOSI數(shù)據(jù)線上采樣(接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù))，所以每個(gè)時(shí)鐘周期中會(huì)有一bit的數(shù)據(jù)交換。

SPI傳輸模式

???????SPI總線傳輸一共有４種模式，這４種模式分別由時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位(CPHA)來(lái)定義。

???????CPOL：規(guī)定了SCK時(shí)鐘信號(hào)空閑狀態(tài)的電平
???????CPHA：規(guī)定了數(shù)據(jù)是在SCK時(shí)鐘的上升沿還是下降沿被采樣

???????模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
???????模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
???????模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的下降沿被采樣(提取數(shù)據(jù))
???????模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空閑為高電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))

???????以模式0為例：SCK空閑為低電平，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣(提取數(shù)據(jù))，在SCK的下降沿切換數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)。

?在時(shí)鐘的第1個(gè)上升沿(游標(biāo)1處)(采樣點(diǎn))

???????MOSI上數(shù)據(jù)為1，則在此邊沿從機(jī)采樣(提取)數(shù)據(jù)為1，采樣點(diǎn)在MOSI數(shù)據(jù)線的中間。

???????MISO上數(shù)據(jù)為0，則在此邊沿主機(jī)采樣(提取)數(shù)據(jù)為0，采樣點(diǎn)在MISO數(shù)據(jù)線的中間。

?在時(shí)鐘的第1個(gè)下降沿(游標(biāo)2處)(切換點(diǎn))

???????MOSI上數(shù)據(jù)由1切換為0，，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘下降沿時(shí)切換數(shù)據(jù)。

???????MISO上數(shù)據(jù)由0切換為1，，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘下降沿時(shí)切換數(shù)據(jù)。

?在時(shí)鐘的第2~8個(gè)上升沿(采樣點(diǎn))，主機(jī)在MISO上采樣數(shù)據(jù)，從機(jī)在MOSI上采樣數(shù)據(jù)。

?在時(shí)鐘的第2~8個(gè)下降沿(切換點(diǎn))，主機(jī)在MISO上切換數(shù)據(jù)，從機(jī)在MOSI上切換數(shù)據(jù)

以下內(nèi)容摘自SPI總線協(xié)議及SPI時(shí)序圖詳解 —— Ady Lee

這里主要詳解模式0（CPOL＝0，CPHA＝0）的時(shí)序：

???????我們來(lái)關(guān)注SCK的第一個(gè)時(shí)鐘周期，在時(shí)鐘的前沿采樣數(shù)據(jù)（上升沿，第一個(gè)時(shí)鐘沿），在時(shí)鐘的后沿輸出數(shù)據(jù)（下降沿，第二個(gè)時(shí)鐘沿）。
???????首先來(lái)看主器件，主器件的輸出口（MOSI）輸出的數(shù)據(jù)bit1，在時(shí)鐘的前沿被從器件采樣，那主器件是在何時(shí)刻輸出bit1的呢？bit1的輸出時(shí)刻實(shí)際上在SCK信號(hào)有效以前，比 SCK的上升沿還要早半個(gè)時(shí)鐘周期。bit1的輸出時(shí)刻與SSEL信號(hào)沒有關(guān)系。
???????再來(lái)看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時(shí)鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的，那從器件又是在何時(shí)刻輸出bit1的呢？從器件是在SSEL信號(hào)有效后，立即輸出bit1，盡管此時(shí)SCK信號(hào)還沒有起效。
???????關(guān)于上面的主器件和從器件輸出bit1位的時(shí)刻，可以從以下兩圖中得到驗(yàn)證。

???????注意上圖中，CS信號(hào)有效后（低電平有效，注意CS下降沿后發(fā)生的情況），故意用延時(shí)程序延時(shí)了一段時(shí)間，之后再向數(shù)據(jù)寄存器寫入了要發(fā)送的數(shù)據(jù)，來(lái)觀察主器件輸出bit1的情況（MOSI）。
???????可以看出，bit1（值為1）是在SCK信號(hào)有效之前的半個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)刻開始輸出的（與CS信號(hào)無(wú)關(guān)），到了SCK的第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿正好被從器件采樣。

上圖中，注意看CS和MISO信號(hào)。我們可以看出，CS信號(hào)有效后，從器件立刻輸出了bit1（值為1）。
???????通常我們進(jìn)行的spi操作都是16位的。下圖記錄了第一個(gè)字節(jié)和第二個(gè)字節(jié)間的相互銜接的過(guò)程。
???????第一個(gè)字節(jié)的最后一位在SCK的上升沿被采樣，隨后的SCK下降沿，從器件就輸出了第二個(gè)字節(jié)的第一位。

軟件SPI程序源碼

Soft_SPI.c

#include "Soft_SPI.h"void SPI_Delay() //每步的間隔 用于等待電平穩(wěn)定和控制通訊速率 {}//MOSI拉高 移植時(shí)需修改 void MOSI_H() {SOFT_SPI_MOSI = 1; }//MOSI拉低 移植時(shí)需修改 void MOSI_L() {SOFT_SPI_MOSI = 0; }//MISO拉高 移植時(shí)需修改 void MISO_H() {SOFT_SPI_MISO = 1; }//MISO拉低 移植時(shí)需修改 void MISO_L() {SOFT_SPI_MISO = 0; }//SCK拉高 移植時(shí)需修改 void SPI_SCK_H() {SOFT_SPI_SCK = 1; }//SCK拉低 移植時(shí)需修改 void SPI_SCK_L() {SOFT_SPI_SCK = 0; }//讀取MISO電平 移植時(shí)需修改 uint8_t MISO_Read() {SOFT_SPI_MISO = 1;SPI_Delay();return SOFT_SPI_MISO; }//空閑時(shí)時(shí)鐘極性(CPOL) 0為低電平 1為高電平 //數(shù)據(jù)有效時(shí)鐘緣相位(CPHA) 0為奇數(shù)緣 1為偶數(shù)緣/* CPOL = 0, CPHA = 0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_L();for( i = 0; i < 8; i++ ){read_dat <<= 1; read_dat |= MISO_Read();if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); else MOSI_L(); write_dat <<= 1;SPI_Delay();SPI_SCK_H(); SPI_Delay();SPI_SCK_L(); }return read_dat; }/* CPOL=0，CPHA=1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_L();for(i = 0; i < 8; i++) //循環(huán)8次{if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); //若最到位為高，則輸出高else MOSI_L(); //若最到位為低，則輸出低write_dat <<= 1; //低一位移位到最高位SPI_Delay();SPI_SCK_H(); //拉高時(shí)鐘SPI_Delay();read_dat <<= 1; //數(shù)據(jù)左移read_dat |= MISO_Read();SPI_SCK_L(); //拉低時(shí)鐘}return read_dat; //返回?cái)?shù)據(jù) }/* CPOL=1，CPHA=0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_H();for(i = 0; i < 8; i++) // 循環(huán)8次{read_dat <<= 1; //數(shù)據(jù)左移read_dat |= MISO_Read(); if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); //若最到位為高，則輸出高else MOSI_L(); //若最到位為低，則輸出低write_dat <<= 1; //低一位移位到最高位SPI_Delay();SPI_SCK_L(); //拉低時(shí)鐘SPI_Delay();SPI_SCK_H(); //拉高時(shí)鐘}return read_dat; //返回?cái)?shù)據(jù) }/* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_H();for( i = 0; i < 8; i++ ){if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); else MOSI_L(); write_dat <<= 1;SPI_Delay(); SPI_SCK_L(); SPI_Delay();read_dat <<= 1; read_dat |= MISO_Read(); SPI_SCK_H(); }return read_dat; }

Soft_SPI.h

#ifndef SOFT_SPI_H_ #define SOFT_SPI_H_#include <STC89C5xRC.H> #include "stdint.h"sbit SOFT_SPI_SCK = P3^2; sbit SOFT_SPI_MOSI = P1^0; sbit SOFT_SPI_MISO = P1^0;//MOSI拉高 移植時(shí)需修改 void MOSI_H(); //MOSI拉低 移植時(shí)需修改 void MOSI_L(); //MISO拉高 移植時(shí)需修改 void MISO_H(); //MISO拉低 移植時(shí)需修改 void MISO_L(); //SCK拉高 移植時(shí)需修改 void SPI_SCK_H(); //SCK拉低 移植時(shí)需修改 void SPI_SCK_L(); //讀取MISO電平 移植時(shí)需修改 uint8_t MISO_Read();void SPI_Delay(); //每步的間隔 用于等待電平穩(wěn)定和控制通訊速率uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat);#endif

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【51单片机快速入门指南】5：软件SPI的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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