spi协议详解（51入门系列教程协议协议）

上一贴中咱简单聊了一下通信协议,特别介绍了一下IIC。这贴咱来聊聊SPI，SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)，来源于Motorola。最早在其MC86HC系列的处理器上定义使用，和IIC一样，也是系出名门。不过这货从协议层面上比IIC简单多了。飞利浦对IIC的协议和硬件接口做出了严格的要求，制定出完善的标准。而摩托罗拉对SPI则没有做出这么多的约束，似乎一下子就把这种接口开源出去了。所以现在流行的SPI接口，有很多类变种，有的甚至无比奇葩，下面简单来聊聊:

先说说硬件结构，看这个图

标准的SPI总线接口一般会有4根通信线路，一条总线上，也可以挂多个SPI从设备

(1)MOSI(master out slave in)

主器件输出从器件输入，简单点理解就是主设备向从设备发送数据，也有些器件称之为SDO，就是输出的意思。

(2)MISO(master in slave out)

主器件输入从器件输出，也就是主设备读取从设备的数据，另外一种称法是SDI，也就是输入的意思。

只用到了SCLK、IO和/RST三个端口，其实就是省略了标准接口中只能够单向传输的MISO和MOSI。直接做成了能够双向传输的I/O，其实细细看DS1302的时序。和SPI一样一样的，变种二、奇葩三线SPI、五线SPI。还有很多记不起来的芯片和一些LCD屏幕，譬如一些小尺寸LCD，只需要写数据，就可能会用到/SS、SCLK、MOSI；譬如一些多受控管脚的IC，除了/SS、SCLK、MOSI、MISO外。可能还会添加DCx管脚用于受控指令的传输，这里百家争鸣，朵朵奇葩，啥都有。变种三、Quad SPI，这个是非常有针对性的变种。就是为了数据传输的速度，其实Quad SPI就是标准SPI硬件接口，只不过把数据发送模式分成了多种模式。

这些模式中，可以将原本只能够单向传输的MOSI和MISO都调整成双向传输，就能达到数据传输速度加倍的效果。甚至把某些控制管脚也用于数据传输，那速度就是杠杠滴了。譬如一些Quad SPI Nor Flash之类的芯片，无论哪种SPI，其实它们的基本结构都是类似的。主从设备内部都是一个移位寄存器，连接起来构成一个环形的拓扑。

再来看看通信的协议，需要发送/接收的数据，都在每个SCLK的边沿进行传输。传输的数据为8位，按位传输，高位在前，低位在后，在主器件产生的从器件使能信号作用下，两个双向移位寄存器进行数据交换。假设主机的buff=0xaa，从机的buff=0x55，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。每个时钟的上升沿移动数据

是不是很简单呀？通信时序很简单。但是moto对时钟SCLK做了一些比较有意思的约束，通过CPOL,CPHA对SCLK的限定，实现SPI的四种不同模式。CPOL(Clock Polarity，时钟极性)，用来设置时钟的空闲状态：

为1时，时钟空闲时为高电平

为0时，时钟空闲时为低电平

CPHA(Clock Phase，时钟相位)，用来配置数据传输的时钟边沿

为0时，在时钟周期的第一边沿传输数据(或者理解为前一边沿)

为1时，在时钟周期的第二边沿传输数据(或者理解为后一边沿)

模式	配置
Mode 0	CPOL=0，CPHA=0
Mode 1	CPOL=0，CPHA=1
Mode 2	CPOL=1，CPHA=0
Mode 3	CPOL=1，CPHA=1

这里值得引起注意的地方是，对第一边沿和第二边沿的理解。当CPOL=0，也就是时钟空闲为低电平时，第一边沿应该是时钟由低电平变成高电平的边沿，也就是第一个上升沿，那么第二边沿就是下降沿了。同理，当CPOL=1，也就是时钟空闲为高电平时，第一边沿应该是时钟由高电平变成低电平的边沿，也就是第一个下降沿。那么第二边沿就是上升沿了，

下面把四种模式的示意图bia出来

大家可以对比文字和图片，瞧瞧这四种模式，好了，啰嗦了半天。来点好玩的吧！手头上SPI的器件不多，专门跑去ADI官网申请了一篇SPI接口的AD。AD7685，SPI接口的16位AD转换器，就是这货

电路图

随手画的，勿喷啊！简便起见，没有使用压随器，直接分压接入。不过要注意AD7685的输入阻抗要求，数据端口SDI直接连到高电平。其实是一个三线制的SPI接口，看看AD7685的时序吧！

一次传输16位AD数据，在第一个上升沿进行第一位数据的传输。所以是Mode 0的SPI器件，也就是 CPOL=0，CPHA=0。51无需去理会CPOL和CPHA，只需要知道AD7685的要求即可，上代码：

#include <reg51.h>

#define Vref 5.0

sbit smgbit1 = P3^7;

sbit smgbit2 = P3^6;

sbit SCK=P2^2;

sbit SDO=P2^1;

sbit CNV=P2^0;

sbit dp = P1^7;

smgdisp_cache[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

unsigned int timer_count,Vol,count;

unsigned char temp=0;

float Voltage;

void delay_ms(unsigned int xms)

{

unsigned int i,j;

for(i=xms;i>0;i--)

{

for(j=124;j>0;j--);

}

}

unsigned int adconvert(void)

{

int result;

unsigned char i;

CNV=0;

delay_ms(2);

CNV=1;

delay_ms(2);

for(i=0;i<16;i ) //SPI的数据传输哟

{

SCK=1;

CNV=0;

result=result<<1;

if(SDO)

result=result|0x01;

SCK=0;

}

return(result);

}

void init()

{

smgbit1 = 0;

smgbit2 = 1;

TMOD=0x01;//设置定时器0为工作方式1

TH0=0xfc;

TL0=0X66;

EA=1;//开总中断

ET0=1;//开定时器0中断

TR0=1;//启动定时器0

}

void SMG_Dis()

{

if(smgbit2){

P1 = smgdisp_cache[temp];

}

if(smgbit1){

P1 = smgdisp_cache[temp/10];

dp = 0;

}

}

void time0() interrupt 1

{ P1 = 0xff; //消除鬼影

timer_count ;

if(timer_count == 100)

{ count ;

Vol = adconvert();

Voltage = Vref*Vol/65535;

temp = (unsigned char)(Voltage*10.0);

timer_count = 0;

}

smgbit1 = ~smgbit1;

smgbit2 = ~smgbit2;

SMG_Dis();

TF0 = 0;

TH0 = 0xfc;

TL0 = 0x66;

}

void main()

{ init();

while(1){

}

}

采集AD值，通过数码管显示，数码管用定时器扫描

GIF显示从0-2.5v的采样，突然想起手上还有个点阵LED模块。

这货好像也是个SPI接口呢

MAX7219LED驱动IC，赶紧看看数据手册

果然，看看时序

依然还是模式0啊，写好代码

#include <reg51.h>

#include <intrins.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//定义Max7219端口

sbit Max7219_pinCLK = P2^2;

sbit Max7219_pinCS = P2^1;

sbit Max7219_pinDIN = P2^0;

void Delay_xms(uint x)

{

uint i,j;

for(i=0;i<x;i )

for(j=0;j<112;j );

}

//--------------------------------------------

//功能：向MAX7219(U3)写入字节SPI

//入口参数：DATA

//出口参数：无

//说明：

void Write_Max7219_byte(uchar DATA)

{

uchar i;

Max7219_pinCS=0;

for(i=8;i>=1;i--)

{

Max7219_pinCLK=0;

Max7219_pinDIN=DATA&0x80;

DATA=DATA<<1;

Max7219_pinCLK=1;

}

}

//-------------------------------------------

//功能：向MAX7219写入数据

//入口参数：address、dat

//出口参数：无

//说明：

void Write_Max7219(uchar address,uchar dat)

{

Max7219_pinCS=0;

Write_Max7219_byte(address); //写入地址，即数码管编号

Write_Max7219_byte(dat); //写入数据，即数码管显示数字

Max7219_pinCS=1;

}

void Init_MAX7219(void)

{

Write_Max7219(0x09, 0x00); //译码方式：BCD码

Write_Max7219(0x0a, 0x00); //亮度

Write_Max7219(0x0b, 0x07); //扫描界限；8个数码管显示

Write_Max7219(0x0c, 0x01); //掉电模式：0，普通模式：1

Write_Max7219(0x0f, 0x00); //显示测试：1；测试结束，正常显示：0

}

void main(void)

{

uchar i,j;

uchar temp[]={0x00,0x66,0x99,0x81,0x42,0x24,0x18,0x00};//LED点阵取模,❤型

Init_MAX7219();

while(1)

{

for(i=1;i<9;i )

Write_Max7219(i,temp[i-1]);

for(i=1;i<16;i ){

Write_Max7219(0x0a, i);

Delay_xms(50);}

for(i=15;i>0;i--){

Write_Max7219(0x0a, i);

Delay_xms(50);}

}

}

上个图

其实代码还是可以闪烁的，只需要向MAX7219相关寄存器通过SPI写入值即可

SPI相比IIC而言的话简单不少啊，今天就先到这里。

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