单片机软件模拟SPI接口—加深理解SPI总线协议

SPI(Serial Peripheral Interfacer 串行外设接口)是摩托罗拉公司推出的一种同步串行通讯接口，用于微处理器臌控制器和外围扩展芯片之间的串行连接，现已发展成为一种工业标准，目前，各半导体公司推出了大量的带有SPI接口的具有各种各样功能的芯片，如RAM，EEPROM，FlashROM，A／D转换器、D／A转换器、LED／LED显示驱动器、I／O接口芯片、实时时钟、UART收发器等等，为用户的外围扩展提供了极其灵活而价廉的选择。由于SPI总线接口只占用微处理器四个I／O口线，采用SPI总线接口可以简化电路没计，节省很多常规电路中的接口器件和I／O口线，提高设计的可靠性。

现以 AT89C205l单片机模拟SPI总线操作串行EEPROM 93CA6为例，如图1所示，介绍利用单片机的I／O口通过软件模拟SPI总线的实现方法。在这里，仅介绍读命令的时序和应用子程序。

93C46存储器SPI总线的工作原理

93CA6作为从设备，其SPI接口使用4条I／O口线：串行时钟线(SK)、输出数据线DO、输入数据线DI和高电平有效的从机选择线CS。其数据的传输格式是高位(MSB)在前，低位(LsB)在后。93C46的SPI总线接口读命令时序如图2所示。

软件模拟SPI接口的实现方法

对于不带SPI串行总线接口的AT89C2051单片机来说，可以使用软件来模拟SPI的操作，图1所示为AT89C2051单片机与串行EEPROM 93C46的硬件连接图，其中，P1．0模拟SPI主设备的数据输出端 SDO，P1．2模拟SPI的时钟输出端SCK，P1．3模拟 SPI的从机选择端SCS，P1．1模拟SPI的数据输入 SDI。
上电复位后首先先将P1．2(SCK)的初始状态设置为0(空闲状态)。
读操作：AT89C2051首先通过P1．0口发送1位起始位(1)，2位操作码(10)，6位被读的数据地址(A5A4A3A2A1A0)，然后通过P1．1口读1位空位(0)，之后再读l6位数据(高位在前)。
写操作：AT89C2051首先通过P1．0口发送1位起始位(1)，2位操作码(01)，6位被写的数据地址(A5A4A3A2A1A0)，之后通过P1．0口发送被写的l6位数据(高位在前)，写操作之前要发送写允许命令，写之后要发送写禁止命令。
写允许操作(WEN))：写操作首先发送1位起始位(1)，2位操作码(00)，6位数据(11XXXX)。

写禁止操作(WDS))：写操作首先发送1位起始位(1)，2位操作码(00)，6位数据(00XXXX)。

下面介绍用C51模拟SPI的子程序。

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//首先定义好I/O口
sbit SDO=P1^0；
sbit SDI=P1^1；
sbit SCK=P1^ 2；
sbit SCS=P1^3；
sbit ACC_7= ACC^7；
unsigned int SpiRead(unsigned char add)
{
unsigned char i；
unsigned int datal6；
add&=0x3f；/*6位地址*/
add |=0x80；/*读操作码l0*/
SDO=1；/*发送1为起始位*/
SCK=0；
SCK=1；
for(i=0；<8；i++)/*发送操作码和地址*/
{
if(add&0x80==1)
SDO=1；
else
SDO=0；
SCK=0；/*从设备上升沿接收数据*/
SCK=1；
add<<= 1；
}
SCK=1；/*从设备时钟线下降沿后发送数据，空读1位数据*/
SCK=0；
datal6<<= 1;/*读16位数据*/
for(i=0；<16；i++)
{
SCK= 1；
_nop_()；
if(SDI==1)
datal6|=0x01；
SCK =0；
datal6< < =1；
}
return datal6；
}

对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序是不同的。上述子程序是针对在SCK的上升沿输入(接收)数据和在下降沿输出(发送)数据的器件。这些子程序也适用于在串行时钟)的上升沿输入和下降沿输出的其它各种串行外围接口芯片，只要在程序中改变P1．2(SCK)的输出电平顺序进行相应调整即可。