單片微型計算機原理及接口技術(shù)-21-串行通信-SPI-5

單片微型計算機原理及接口技術(shù)（21）1/22內(nèi)容提綱二STC8H8K64U單片機SPI接口的數(shù)據(jù)通信一STC8H8K64U單片機SPI接口的結(jié)構(gòu)2/22STC8H8K64U單片機SPI接口的結(jié)構(gòu)一3/221．SPI接口簡介STC8H8K64U集成了串行外設接口（SerialPeripheralInterface，簡稱SPI）。SPI接口既可以和其他微處理器通信，也可以與具有SPI兼容接口的器件，如存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、LED或LCD驅(qū)動器等進行同步通信（例如，液晶模塊12864）。SPI接口有兩種操作模式：主模式和從模式。在主模式中支持高達3Mbit/s的速率；從模式時速度無法太快，速度在SYSclk/8以內(nèi)較好。此外，SPI接口還具有傳輸完成標志和寫沖突標志保護功能。4/22

2．SPI接口的結(jié)構(gòu)5/22STC8H8K64U單片機的SPI接口數(shù)據(jù)通信二6/22

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圖SPI接口的單主機-單從機連接方式10/22（2）雙器件方式在雙器件方式中，兩個設備相連，主機和從機不固定。有兩種設置方法，分別是：設置方法1：兩個設備初始化時都設置為SSIG設置為0，MSTR設置為1，且將SS腳設置為雙向口模式輸出高電平。此時兩個設備都是不忽略SS的主機模式。當其中一個設備需要啟動傳輸時，可將自己的SS腳設置為輸出模式并輸出低電平，拉低對方的SS腳，這樣另一個設備就被強行設置為從機模式了。設置方法2：兩個設備初始化時都將自己設置成忽略SS的從機模式，即將SSIG設置為1，MSTR設置為0。當其中一個設備需要啟動傳輸時，先檢測SS腳的電平，如果時候高電平，就將自己設置成忽略SS的主模式，即可進行數(shù)據(jù)傳輸了。雙器件方式也稱為互為主從方式，其連接方式如下圖所示。圖SPI接口的雙器件連接方式11/22（3）單主機-多從機方式在這種方式中，多個設備相連，其中一個設備固定作為主機，其他設備固定作為從機。主機的設置：SSIG設置為1，MSTR設置為1，固定為主機模式。主機可以使用任意端口分別連接各個從機的SS腳，拉低其中一個從機的SS腳即可使能相應的從機設備。從機的設置：SSIG設置為0，SS管腳作為從機的片選信號。單主機-多從機方式的連接如下圖所示。圖

SPI接口的單主機-多從機連接方式12/22STC8H8K64U單片機進行SPI通信時，主機和從機的選擇由SPEN、SSIG和MSTR聯(lián)合控制。主機和從機的選擇見表8-8。表8-8

主機和從機的選擇13/22控制位通信端口說明SPENSSIGMSTRSSMISOMOSISCLK0xxx輸入輸入輸入關閉SPI功能，SS/MOSI/MISO/SCLK均為普通IO1000輸出輸入輸入從機模式，且被選中1001高阻輸入輸入從機模式，但未被選中101→00輸出輸入輸入從機模式，不忽略SS且MSTR為1的主機模式，當SS管腳被拉低時，MSTR將被硬件自動清零，工作模式將被被動設置為從機模式1011輸入高阻高阻主機模式，空閑狀態(tài)輸出輸出主機模式，激活狀態(tài)110x輸出輸入輸入從機模式111x輸入輸出輸出主機模式

3．SPI接口的數(shù)據(jù)通信過程在SPI通信中，數(shù)據(jù)傳輸總是由主機啟動的。如果SPI使能（SPEN=1）并選擇作為主機時，主機對SPI數(shù)據(jù)寄存器SPDAT的寫操作將啟動SPI時鐘發(fā)生器和數(shù)據(jù)的傳輸。在數(shù)據(jù)寫入SPDAT之后的半個到一個SPI位時間后，數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在MOSI引腳。寫入主機SPDAT寄存器的數(shù)據(jù)從MOSI腳移出發(fā)送到從機的MOSI腳。同時從機SPDAT寄存器的數(shù)據(jù)從MISO腳移出發(fā)送到主機的MISO腳。傳輸完一個字節(jié)后，SPI時鐘發(fā)生器停止，傳輸完成標志（SPIF）置位，如果SPI中斷使能則會產(chǎn)生一個SPI中斷。主機和從機CPU的兩個移位寄存器可以看作是一個16位循環(huán)移位寄存器。當數(shù)據(jù)從主機移位傳送到從機的同時，數(shù)據(jù)也以相反的方向移入。這意味著在一個移位周期中，主機和從機的數(shù)據(jù)相互交換。14/224．SPI中斷如果允許SPI中斷，發(fā)生SPI中斷時，CPU就會跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序的入口地址004BH處執(zhí)行中斷服務程序。注意，在中斷服務程序中，必須把SPI中斷請求標志清零。5．寫沖突SPI在發(fā)送時為單緩沖，在接收時為雙緩沖。這樣在前一次發(fā)送尚未完成之前，不能將新的數(shù)據(jù)寫入移位寄存器。當發(fā)送過程中對數(shù)據(jù)寄存器進行寫操作時，WCOL位將置位以指示數(shù)據(jù)沖突。在這種情況下，當前發(fā)送的數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)送，而新寫入的數(shù)據(jù)將丟失。接收數(shù)據(jù)時，接收到的數(shù)據(jù)傳送到一個并行讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣將釋放移位寄存器以進行下一個數(shù)據(jù)的接收。但必須在下個字符完全移入之前從數(shù)據(jù)寄存器中讀出接收到的數(shù)據(jù)，否則，前一個接收數(shù)據(jù)將丟失。WCOL可通過軟件向其寫入“1”清零。15/226．數(shù)據(jù)格式SPI接口的時鐘信號線SCLK有Idle和Active兩種狀態(tài)：Idle狀態(tài)是指在不進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候（或數(shù)據(jù)傳輸完成后）SCLK所處的狀態(tài)；Active是與Idle相對的一種狀態(tài)。時鐘相位位（CPHA）允許用戶設置采樣和改變數(shù)據(jù)的時鐘邊沿。時鐘極性位CPOL允許用戶設置時鐘極性。如果CPOL=0，Idle狀態(tài)=低電平，Active狀態(tài)=高電平。如果CPOL=1，Idle狀態(tài)=高電平，Active狀態(tài)=低電平。主機總是在SCLK=Idle狀態(tài)時，將下一位要發(fā)送的數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)線MOSI上。從Idle狀態(tài)到Active狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，稱為SCLK前沿。從Active狀態(tài)到Idle狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，稱為SCLK后沿。一對SCLK前沿和后沿構(gòu)成一個SCLK時鐘周期，一個SCLK時鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)。不同的CPHA，主機和從機對應的數(shù)據(jù)格式如圖1～圖4所示。16/22圖8-26CPHA=0時SPI從機傳輸格式17/22圖8-27CPHA=1時SPI從機傳輸格式18/22圖8-28CPHA=0時SPI主機傳輸格式19/22圖8-29CPHA=1時SPI主機傳輸格式20/227