目錄

• 硬知識
• • SPI協議簡介
  • SPI接口介紹
  • SPI接口連接圖
  • SPI數據傳輸方向
  • SPI傳輸模式
• 軟件SPI程序源碼
• • Soft_SPI.c
  • Soft_SPI.h

普中51-單核-A2
STC89C52
Keil uVision V5.29.0.0
PK51 Prof.Developers Kit Version:9.60.0.0
上位機：Vofa+ 1.3.10

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???????源于軟件模擬SPI接口程序代碼（4種模式）—— 內陸的咸水魚，有改動。

硬知識

SPI協議簡介

???????SPI的通信原理很簡單，一般主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，通常采用的是4根線，它們是MISO（數據輸入，針對主機來說）、MOSI（數據輸出，針對主機來說）、SCLK（時鐘，主機產生）、CS/SS（片選，一般由主機發送或者直接使能，通常為低電平有效）

SPI接口介紹

???????SCK：時鐘信號，由主設備產生，所以主設備SCK信號為輸出模式，從設備的SCK信號為輸入模式。
???????CS：片選信號，由主設備控制從設備，，所以主設備CS信號為輸出模式，從設備的CS信號為輸入模式。
???????MOSI：主設備數據輸出，從設備數據輸入，所以主設備MOSI信號為輸出模式，從設備的MOSI信號為輸入模式。
???????MISO：主設備數據輸入，從設備數據輸出，所以主設備MISO信號為輸入模式，從設備的MISO信號為輸出模式。

SPI接口連接圖

???????注意：MOSI和MISO不能交叉連接(可以把主從機理解為一個整體系統，MOSI為系統主機發送從機接收的數據線，MISO為主機接收從機發送的數據線)

SPI數據傳輸方向

???????SPI作為全雙工的的串行通信協議，數據傳輸時高位在前，低位在后。主機和從機公用由主機產生的SCK信號，所以在每個時鐘周期內主機和從機有1bit的數據交換(因為MOSI和MISO數據線上的數據都是在時鐘的邊沿處被采樣)。如下圖：

???????SPI協議規定數據采樣是在SCK的上升沿或下降沿時刻(由SPI模式決定，下面會說到)，觀察上圖，在SCK的邊沿處(上升沿或下降沿)，主機會在MISO數據線上采樣(接收來從機的數據)，從機會在MOSI數據線上采樣(接收來自主機的數據)，所以每個時鐘周期中會有一bit的數據交換。

SPI傳輸模式

???????SPI總線傳輸一共有４種模式，這４種模式分別由時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)來定義。

???????CPOL：規定了SCK時鐘信號空閑狀態的電平
???????CPHA：規定了數據是在SCK時鐘的上升沿還是下降沿被采樣

???????模式0：CPOL=0，CPHA =0 SCK空閑為低電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)
???????模式1：CPOL=0，CPHA =1 SCK空閑為低電平，數據在SCK的下降沿被采樣(提取數據)
???????模式2：CPOL=1，CPHA =0 SCK空閑為高電平，數據在SCK的下降沿被采樣(提取數據)
???????模式3：CPOL=1，CPHA =1 SCK空閑為高電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)

???????以模式0為例：SCK空閑為低電平，數據在SCK的上升沿被采樣(提取數據)，在SCK的下降沿切換數據線的數據。

?在時鐘的第1個上升沿(游標1處)(采樣點)

???????MOSI上數據為1，則在此邊沿從機采樣(提取)數據為1，采樣點在MOSI數據線的中間。

???????MISO上數據為0，則在此邊沿主機采樣(提取)數據為0，采樣點在MISO數據線的中間。

?在時鐘的第1個下降沿(游標2處)(切換點)

???????MOSI上數據由1切換為0，，數據在時鐘下降沿時切換數據。

???????MISO上數據由0切換為1，，數據在時鐘下降沿時切換數據。

?在時鐘的第2~8個上升沿(采樣點)，主機在MISO上采樣數據，從機在MOSI上采樣數據。

?在時鐘的第2~8個下降沿(切換點)，主機在MISO上切換數據，從機在MOSI上切換數據

以下內容摘自SPI總線協議及SPI時序圖詳解 —— Ady Lee

這里主要詳解模式0（CPOL＝0，CPHA＝0）的時序：

???????我們來關注SCK的第一個時鐘周期，在時鐘的前沿采樣數據（上升沿，第一個時鐘沿），在時鐘的后沿輸出數據（下降沿，第二個時鐘沿）。
???????首先來看主器件，主器件的輸出口（MOSI）輸出的數據bit1，在時鐘的前沿被從器件采樣，那主器件是在何時刻輸出bit1的呢？bit1的輸出時刻實際上在SCK信號有效以前，比 SCK的上升沿還要早半個時鐘周期。bit1的輸出時刻與SSEL信號沒有關系。
???????再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的，那從器件又是在何時刻輸出bit1的呢？從器件是在SSEL信號有效后，立即輸出bit1，盡管此時SCK信號還沒有起效。
???????關于上面的主器件和從器件輸出bit1位的時刻，可以從以下兩圖中得到驗證。

???????注意上圖中，CS信號有效后（低電平有效，注意CS下降沿后發生的情況），故意用延時程序延時了一段時間，之后再向數據寄存器寫入了要發送的數據，來觀察主器件輸出bit1的情況（MOSI）。
???????可以看出，bit1（值為1）是在SCK信號有效之前的半個時鐘周期的時刻開始輸出的（與CS信號無關），到了SCK的第一個時鐘周期的上升沿正好被從器件采樣。

上圖中，注意看CS和MISO信號。我們可以看出，CS信號有效后，從器件立刻輸出了bit1（值為1）。
???????通常我們進行的spi操作都是16位的。下圖記錄了第一個字節和第二個字節間的相互銜接的過程。
???????第一個字節的最后一位在SCK的上升沿被采樣，隨后的SCK下降沿，從器件就輸出了第二個字節的第一位。

軟件SPI程序源碼

Soft_SPI.c

#include "Soft_SPI.h"void SPI_Delay() //每步的間隔 用于等待電平穩定和控制通訊速率 {}//MOSI拉高 移植時需修改 void MOSI_H() {SOFT_SPI_MOSI = 1; }//MOSI拉低 移植時需修改 void MOSI_L() {SOFT_SPI_MOSI = 0; }//MISO拉高 移植時需修改 void MISO_H() {SOFT_SPI_MISO = 1; }//MISO拉低 移植時需修改 void MISO_L() {SOFT_SPI_MISO = 0; }//SCK拉高 移植時需修改 void SPI_SCK_H() {SOFT_SPI_SCK = 1; }//SCK拉低 移植時需修改 void SPI_SCK_L() {SOFT_SPI_SCK = 0; }//讀取MISO電平 移植時需修改 uint8_t MISO_Read() {SOFT_SPI_MISO = 1;SPI_Delay();return SOFT_SPI_MISO; }//空閑時時鐘極性(CPOL) 0為低電平 1為高電平 //數據有效時鐘緣相位(CPHA) 0為奇數緣 1為偶數緣/* CPOL = 0, CPHA = 0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_L();for( i = 0; i < 8; i++ ){read_dat <<= 1; read_dat |= MISO_Read();if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); else MOSI_L(); write_dat <<= 1;SPI_Delay();SPI_SCK_H(); SPI_Delay();SPI_SCK_L(); }return read_dat; }/* CPOL=0，CPHA=1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_L();for(i = 0; i < 8; i++) //循環8次{if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); //若最到位為高，則輸出高else MOSI_L(); //若最到位為低，則輸出低write_dat <<= 1; //低一位移位到最高位SPI_Delay();SPI_SCK_H(); //拉高時鐘SPI_Delay();read_dat <<= 1; //數據左移read_dat |= MISO_Read();SPI_SCK_L(); //拉低時鐘}return read_dat; //返回數據 }/* CPOL=1，CPHA=0, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_H();for(i = 0; i < 8; i++) // 循環8次{read_dat <<= 1; //數據左移read_dat |= MISO_Read(); if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); //若最到位為高，則輸出高else MOSI_L(); //若最到位為低，則輸出低write_dat <<= 1; //低一位移位到最高位SPI_Delay();SPI_SCK_L(); //拉低時鐘SPI_Delay();SPI_SCK_H(); //拉高時鐘}return read_dat; //返回數據 }/* CPOL = 1, CPHA = 1, MSB first */ uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat) {uint8_t i, read_dat = 0;SPI_SCK_H();for( i = 0; i < 8; i++ ){if(write_dat & 0x80)MOSI_H(); else MOSI_L(); write_dat <<= 1;SPI_Delay(); SPI_SCK_L(); SPI_Delay();read_dat <<= 1; read_dat |= MISO_Read(); SPI_SCK_H(); }return read_dat; }

Soft_SPI.h

#ifndef SOFT_SPI_H_ #define SOFT_SPI_H_#include <STC89C5xRC.H> #include "stdint.h"sbit SOFT_SPI_SCK = P3^2; sbit SOFT_SPI_MOSI = P1^0; sbit SOFT_SPI_MISO = P1^0;//MOSI拉高 移植時需修改 void MOSI_H(); //MOSI拉低 移植時需修改 void MOSI_L(); //MISO拉高 移植時需修改 void MISO_H(); //MISO拉低 移植時需修改 void MISO_L(); //SCK拉高 移植時需修改 void SPI_SCK_H(); //SCK拉低 移植時需修改 void SPI_SCK_L(); //讀取MISO電平 移植時需修改 uint8_t MISO_Read();void SPI_Delay(); //每步的間隔 用于等待電平穩定和控制通訊速率uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE0(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE1(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE2(uint8_t write_dat); uint8_t SOFT_SPI_RW_MODE3(uint8_t write_dat);#endif

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【51单片机快速入门指南】5：软件SPI的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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