单片微型计算机原理及接口技术-21-串行通信-SPI-5

单片微型计算机原理及接口技术（21）1/22内容提纲二STC8H8K64U单片机SPI接口的数据通信一STC8H8K64U单片机SPI接口的结构2/22STC8H8K64U单片机SPI接口的结构一3/221．SPI接口简介STC8H8K64U集成了串行外设接口（SerialPeripheralInterface，简称SPI）。SPI接口既可以和其他微处理器通信，也可以与具有SPI兼容接口的器件，如存储器、A/D转换器、D/A转换器、LED或LCD驱动器等进行同步通信（例如，液晶模块12864）。SPI接口有两种操作模式：主模式和从模式。在主模式中支持高达3Mbit/s的速率；从模式时速度无法太快，速度在SYSclk/8以内较好。此外，SPI接口还具有传输完成标志和写冲突标志保护功能。4/22

2．SPI接口的结构5/22STC8H8K64U单片机的SPI接口数据通信二6/22

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图SPI接口的单主机-单从机连接方式10/22（2）双器件方式在双器件方式中，两个设备相连，主机和从机不固定。有两种设置方法，分别是：设置方法1：两个设备初始化时都设置为SSIG设置为0，MSTR设置为1，且将SS脚设置为双向口模式输出高电平。此时两个设备都是不忽略SS的主机模式。当其中一个设备需要启动传输时，可将自己的SS脚设置为输出模式并输出低电平，拉低对方的SS脚，这样另一个设备就被强行设置为从机模式了。设置方法2：两个设备初始化时都将自己设置成忽略SS的从机模式，即将SSIG设置为1，MSTR设置为0。当其中一个设备需要启动传输时，先检测SS脚的电平，如果时候高电平，就将自己设置成忽略SS的主模式，即可进行数据传输了。双器件方式也称为互为主从方式，其连接方式如下图所示。图SPI接口的双器件连接方式11/22（3）单主机-多从机方式在这种方式中，多个设备相连，其中一个设备固定作为主机，其他设备固定作为从机。主机的设置：SSIG设置为1，MSTR设置为1，固定为主机模式。主机可以使用任意端口分别连接各个从机的SS脚，拉低其中一个从机的SS脚即可使能相应的从机设备。从机的设置：SSIG设置为0，SS管脚作为从机的片选信号。单主机-多从机方式的连接如下图所示。图

SPI接口的单主机-多从机连接方式12/22STC8H8K64U单片机进行SPI通信时，主机和从机的选择由SPEN、SSIG和MSTR联合控制。主机和从机的选择见表8-8。表8-8

主机和从机的选择13/22控制位通信端口说明SPENSSIGMSTRSSMISOMOSISCLK0xxx输入输入输入关闭SPI功能，SS/MOSI/MISO/SCLK均为普通IO1000输出输入输入从机模式，且被选中1001高阻输入输入从机模式，但未被选中101→00输出输入输入从机模式，不忽略SS且MSTR为1的主机模式，当SS管脚被拉低时，MSTR将被硬件自动清零，工作模式将被被动设置为从机模式1011输入高阻高阻主机模式，空闲状态输出输出主机模式，激活状态110x输出输入输入从机模式111x输入输出输出主机模式

3．SPI接口的数据通信过程在SPI通信中，数据传输总是由主机启动的。如果SPI使能（SPEN=1）并选择作为主机时，主机对SPI数据寄存器SPDAT的写操作将启动SPI时钟发生器和数据的传输。在数据写入SPDAT之后的半个到一个SPI位时间后，数据将出现在MOSI引脚。写入主机SPDAT寄存器的数据从MOSI脚移出发送到从机的MOSI脚。同时从机SPDAT寄存器的数据从MISO脚移出发送到主机的MISO脚。传输完一个字节后，SPI时钟发生器停止，传输完成标志（SPIF）置位，如果SPI中断使能则会产生一个SPI中断。主机和从机CPU的两个移位寄存器可以看作是一个16位循环移位寄存器。当数据从主机移位传送到从机的同时，数据也以相反的方向移入。这意味着在一个移位周期中，主机和从机的数据相互交换。14/224．SPI中断如果允许SPI中断，发生SPI中断时，CPU就会跳转到中断服务程序的入口地址004BH处执行中断服务程序。注意，在中断服务程序中，必须把SPI中断请求标志清零。5．写冲突SPI在发送时为单缓冲，在接收时为双缓冲。这样在前一次发送尚未完成之前，不能将新的数据写入移位寄存器。当发送过程中对数据寄存器进行写操作时，WCOL位将置位以指示数据冲突。在这种情况下，当前发送的数据继续发送，而新写入的数据将丢失。接收数据时，接收到的数据传送到一个并行读数据缓冲区，这样将释放移位寄存器以进行下一个数据的接收。但必须在下个字符完全移入之前从数据寄存器中读出接收到的数据，否则，前一个接收数据将丢失。WCOL可通过软件向其写入“1”清零。15/226．数据格式SPI接口的时钟信号线SCLK有Idle和Active两种状态：Idle状态是指在不进行数据传输的时候（或数据传输完成后）SCLK所处的状态；Active是与Idle相对的一种状态。时钟相位位（CPHA）允许用户设置采样和改变数据的时钟边沿。时钟极性位CPOL允许用户设置时钟极性。如果CPOL=0，Idle状态=低电平，Active状态=高电平。如果CPOL=1，Idle状态=高电平，Active状态=低电平。主机总是在SCLK=Idle状态时，将下一位要发送的数据置于数据线MOSI上。从Idle状态到Active状态的转变，称为SCLK前沿。从Active状态到Idle状态的转变，称为SCLK后沿。一对SCLK前沿和后沿构成一个SCLK时钟周期，一个SCLK时钟周期传输一位数据。不同的CPHA，主机和从机对应的数据格式如图1～图4所示。16/22图8-26CPHA=0时SPI从机传输格式17/22图8-27CPHA=1时SPI从机传输格式18/22图8-28CPHA=0时SPI主机传输格式19/22图8-29CPHA=1时SPI主机传输格式20/227