SPI协议简介

来源：互联网发布：人工智能的前景知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/18 18:44

SPI协议简介

SPI是Serial Peripheral Interface的简称，NDS中的触摸屏，麦克风，电源控制，固件及DS卡的EEPROM都是基于SPI的。所以弄明白SPI的原理对NDS的研究很有帮助。SPI 是一种允许一个主设备启动一个与从设备的同步通讯的协议，从而完成数据的交换。也就是SPI是一种规定好的通讯方式。这种通信方式的优点是占用端口较少，一般4根就够基本通讯了（不算电源线）。同时传输速度也很高。一般来说要求主设备要有SPI控制器（但可用模拟方式），就可以与基于SPI的芯片通讯了。这种芯片也许是储存芯片，像DS卡的存档芯片，也许是控制芯片，像DS触摸屏的控制芯片等等。 L' SPI 的通信原理很简单，它需要至少4根线，事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。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。

接下来就负责通讯的3根线了。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。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上沿或下沿时改变，在紧接着的下沿或上沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 o要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

下面是用单片机实现触摸屏的代码:

[功能] 8051单片机驱动ADS7846/ADS7843芯片

显示代码打印
01 #include "reg51.h"

02 #include "intrins.h"

05 sbit DCLK=P1^6; //根据用户自己的定义

06 sbit CS=P2^2;

07 sbit DIN=P2^3;

08 sbit DOUT=P2^4;

09 sbit BUSY=P2^5;

11 delay(unsigned char i--)

12 {

13 while(i--);

14 }

17 void start() //SPI开始

18 {

19 DCLK=0;

20 CS=1;

21 DIN=1;

22 DCLK=1;

23 CS=0;

24 }

26 WriteCharTo7843(unsigned char num) //SPI写数据

27 {

28 unsigned char count=0;

29 DCLK=0;

30 for(count=0;count<8;count++)

31 {

32 num<<=1;

33 DIN=CY;

34 DCLK=0; _nop_();_nop_();_nop_(); //上升沿有效

35 DCLK=1; _nop_();_nop_();_nop_();

36 }

37 }

40 ReadFromCharFrom7843() //SPI 读数据

41 {

42 unsigned char count=0;

43 unsigned int Num=0;

44 for(count=0;count<12;count++)

45 {

46 Num<<=1;

47 DCLK=1; _nop_();_nop_();_nop_(); //下降沿有效

48 DCLK=0; _nop_();_nop_();_nop_();

49 if(DOUT) Num++;

50 }

51 return(Num);

52 }

54 void ZhongDuan() interrupt 0 //外部中断0 用来接受键盘发来的数据

55 {

56 unsigned int X=0,Y=0;

57 delay(10000); //中断后延时以消除抖动，使得采样数据更准确

58 start(); //启动SPI

59 // while(BUSY); //如果BUSY信号不好使可以删除不用

60 delay(2);

61 WriteCharTo7843(0x90); //送控制字 10010000 即用差分方式读X坐标详细请见有关资料

62 // while(BUSY); //如果BUSY信号不好使可以删除不用

63 delay(2);

64 DCLK=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

65 DCLK=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

66 X=ReadFromCharFrom7843(); //读X轴坐标

67 WriteCharTo7843(0xD0); //送控制字 11010000 即用差分方式读Y坐标详细请见有关资料

68 DCLK=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

69 DCLK=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

70 Y=ReadFromCharFrom7843(); //读Y轴坐标

71 CS=1;

72 }

75 main()

76 {

77 TMOD=0x11; // 记数器0 计数器1 都以 16 位记数

78 TCON=0x00;

79 IE=0x83; //1000 0001 EA=1中断允许,

80 IP=0x01;

81 while(1);//等待触摸中断

82 }
使用的同步串行三线SPI接口，可以方便的连接采用SPI通信协议的外围或另一片AVR单片机，实现在短距离内的高速同步通信。ATmega128的SPI采用硬件方式实现面向字节的全双工3线同步通信，支持主机、从机和2种不同极性的SPI时序，通信速率有7种选择，主机方式的最高速率为1/2系统时钟，从机方式最高速率为1/4系统时钟。

　　ATmega128单片机内部的SPI接口也被用于程序存储器和数据E2PROM的编程下载和上传。但特别需要注意的是，此时SPI的MOSI和MISO接口不再对应PB2、PB3引脚，而是转换到PE0、PE1引脚上（PDI、PDO），其详见第二章中关于程序存储器的串行编程和校验部分的内容。

　　ATmega128的SPI为硬件接口和传输完成中断申请，所以使用SPI传输数据的有效方法是采用中断方式+数据缓存器的设计方法。在对SPI初始化时，应注意以下几点：

.正确选择和设置主机或从机，以及工作模式（极性），数据传输率；

.注意传送字节的顺序，是低位优先（LSB First）还是高位优先（MSB Frist）；

.正确设置MOSI和MISO接口的输入输出方向，输入引脚使用上拉电阻，可以节省总线上的吊高电阻。

　　下面一段是SPI主机方式连续发送（接收）字节的例程：

显示代码打印
01 #define SIZE 100

02 unsigned char SPI_rx_buff[SIZE];

03 unsigned char SPI_tx_buff[SIZE];

04 unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter,rx_buffer_overflow;

05 unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;

07 #pragma interrupt_handler spi_stc_isr:18

08 void spi_stc_isr(void)

09 {

10 SPI_rx_buff[rx_wr_index] = SPDR; //从ISP口读出收到的字节

11 if (++rx_wr_index == SIZE) rx_wr_index = 0; //放入接收缓冲区，并调整队列指针

12 if (++rx_counter == SIZE)

13 {

14 rx_counter = 0;

15 rx_buffer_overflow = 1;

16 }

17 if (tx_counter) //如果发送缓冲区中有待发的数据

18 {

19 --tx_counter;

20 SPDR = SPI_tx_buff[tx_rd_index]; //发送一个字节数据，并调整指针

21 if (++tx_rd_index == SIZE) tx_rd_index = 0;

22 }

23 }

25 unsigned char getSPIchar(void)

26 {

27 unsigned char data;

28 while (rx_counter == 0); //无接收数据，等待

29 data = SPI_rx_buff[rx_rd_index]; //从接收缓冲区取出一个SPI收到的数据

30 if (++rx_rd_index == SIZE) rx_rd_index = 0; //调整指针

31 CLI();

32 --rx_counter;

33 SEI();

34 return data;

35 }

37 void putSPIchar(char c)

38 {

39 while (tx_counter == SIZE);//发送缓冲区满，等待

40 CLI();

41 if (tx_counter || ((SPSR & 0x80) == 0))//发送缓冲区已中有待发数据

42 { //或SPI正在发送数据时

43 SPI_tx_buffer[tx_wr_index] = c; //将数据放入发送缓冲区排队

44 if (++tx_wr_index == SIZE) tx_wr_index = 0; //调整指针

45 ++tx_counter;

46 }

47 else

48 SPDR = c; //发送缓冲区中空且SPI口空闲，直接放入SPDR由SIP口发送

49 SEI();

50 }

52 void spi_init(void)

53 {

54 unsigned chat temp;

55 DDRB |= 0x080; //MISO=input and MOSI,SCK,SS = output

56 PORTB |= 0x80; //MISO上拉电阻有效

57 SPCR = 0xD5; //SPI允许，主机模式，MSB，允许SPI中断，极性方式01，1/16系统时钟速率

58 SPSR = 0x00;

59 temp = SPSR;

60 temp = SPDR; //清空SPI，和中断标志，使SPI空闲

61 }

63 void main(void)

64 {

65 unsigned char I;

66 CLI(); //关中断

67 spi_init(); //初始化SPI接口

68 SEI(); //开中断

69 while()

70 {

71 putSPIchat(i); //发送一个字节

72 i++;

73 getSPIchar(); //接收一个字节（第一个字节为空字节）

74 ………

75 }

76 }
　　这个典型的SPI例程比较简单，主程序中首先对ATmega128的硬件SPI进行初始化。在初始化过程中，将PORTB的MOSI、SCLK和SS引脚作为输出，同时将MISO作为输入引脚，并打开上拉电阻。接着对SPI的寄存器进行初始化设置，并空读一次SPSR、SPDR寄存器（读SPSR后再对SPDR操作将自动清零SPI中断标志自动清零），使ISP空闲等待发送数据。

　　AVR的SPI由一个16位的循环移位寄存器构成，当数据从主机方移出时，从机的数据同时也被移入，因此SPI的发送和接收在一个中断服务中完成。在SPI中断服务程序中，先从SPDR中读一个接收的字节存入接收数据缓冲器中，再从发送数据缓冲器取出一个字节写入SPDR中，由ISP发送到从机。数据一旦写入SPDR，ISP硬件开始发送数据。下一次ISP中断时，表示发送完成，并同时收到一个数据。类似本章介绍的USART接口的使用，程序中putSPIchar()和getSPIchar()为应用程序的底层接口函数（SPI驱动程序是SPI中断服务程序），同时也使用了两个数据缓冲器，分别构成循环队列。这种程序设计的思路，不但程序的结构性完整，同时也适当的解决了高速MCU和低速串口之间的矛盾，实现程序中任务的并行运行，提高了MCU的运行效率。

　　本例程是通过SPI批量输出、输入数据的示例，用户可以使用一片ATmega128，将其MOSI和MISO两个引脚连接起来，构成一个ISP接口自发自收的系统，对程序进行演示验证。需要注意，实际接收到的字节为上一次中断时发出的数据，即第一个收到的字节是空字节。

　　读懂和了解程序的处理思想，读者可以根据需要对程序进行改动，适合实际系统的使用。如在实际应用中外接的从机是一片SPI接口的温度芯片，协议规程为：主机先要连续发送3个字节的命令，然后从机才返回一个字节的数据。那么用户程序可以先循环调用putSPIchar()函数4次，将3个字节的命令和一个字节的空数据发送到从机，然后等待一段时间，或处理一些其它的操作后，再循环调用getSPIchar()函数4次，从接收数据缓冲器中连续读取4个字节，放弃前3个空字节，第4个字节即为从机的返回数据了。

文章出处：飞诺网(www.diybl.com):http://www.diybl.com/course/6_system/linux/Linuxjs/20090318/162419.html