基于AVR單片機SPI的串行設計

　　SPI（SerialPeripheralINTERFACE---串行外設接口）總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信、數(shù)據(jù)交換，廣泛應用于各種工業(yè)控制領域?；诖藰藴?，SPI系統(tǒng)可以直接于各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口。SPI接口通常包含有4根線：串行時鐘（SCK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線（MISO）、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）和低電平有效的從機選擇線SS。在從機選擇線SS使能的前提下，主機的SCK脈沖將在數(shù)據(jù)線上傳輸主/從機的串行數(shù)據(jù)。主/從機的典型連接圖如圖（1）所示：

圖（1）主/從機的連接圖

　串行外設接口SPI允許ATmega16和外設之間進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。ATmega16SPI的特點如下：全雙工，3線同步數(shù)據(jù)傳輸，主/從機操作，LSB首先發(fā)送或MSB首先發(fā)送，7種可編程的比特率，傳送中斷結束，寫碰撞標志檢測，可以從閑置模式喚醒，作為主機時具有雙速模式（CK/2）。

　如圖（2）所示，系統(tǒng)包括兩個移位寄存器和一個主時鐘發(fā)生器。通過將需要的從機的SS引腳拉低，主機啟動一次通信過程。主機和從機將需要的數(shù)據(jù)放到相應的移位寄存器，主機在SCK引腳上產(chǎn)生時鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機的數(shù)據(jù)從MOSI移出，從從機MISO移入。從機的數(shù)據(jù)從MISO移出，從從機MOSI移入。主機通過將從機的SS拉高實現(xiàn)與從機的同步。

圖（2）SPI主機-從機的互連

　下面將介紹SPI的幾個特殊寄存器：

1.1SPI的控制寄存器—SPCR

　SPIE為SPI中斷使能，置位后，只要SPSR寄存器的SPIF和SREG寄存器的全局中斷使能位置位，就會引發(fā)SPI中斷。SPE置位將使能SPI，DORD置位時數(shù)據(jù)的LSB首先發(fā)送；否則數(shù)據(jù)的MSB首先發(fā)送。MSTR置位時選擇主機模式，否則為從機。CPOL置位表示空閑SCK為高電平；否則空閑時SCK為低電平。CPHA決定數(shù)據(jù)是在SCK的起始沿采樣還是在SCK的結束沿采樣。通過對SPR1、SPR0進行設計，確定主機的SCK速率。

1.2SPI的狀態(tài)寄存器—SPSR

　SPIF為中斷標志位，串行發(fā)送結束后，SPIF置位。若此時寄存器 SPCR的SPIE和全局中斷使能位置位，SPI中斷即產(chǎn)生。進入中斷例程后SPIF將自動清零。在發(fā)送當中對SPI數(shù)據(jù)寄存器SPDR寫數(shù)據(jù)將置位WCOL，SPI2X置位后SPI的速度加倍。

1.3SPI的數(shù)據(jù)寄存器—SPDR

　SPDR數(shù)據(jù)寄存器為讀/寫寄存器，用來在寄存器文件SPI移位寄存器之間傳輸數(shù)據(jù)。寫寄存器將啟動數(shù)據(jù)傳輸，讀寄存器將讀取寄存器的接收緩沖器。SPI系統(tǒng)的發(fā)送方向只有一個緩沖器，而在接收方向有兩個緩沖器。也就是說，在發(fā)送時一定要等到移位過程全部結束后才能對SPI數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作。而在接收數(shù)據(jù)時，需要在下一個字符移位過程結束之前通過訪問SPI數(shù)據(jù)寄存器讀取當前接收到的字符。否則第一個字節(jié)將丟失。

比起8051使用軟件模擬時序實現(xiàn)SPI功能來，AVR的硬件SPI實在是先進了許多。通過讀寫相應的寄存器就能輕松實現(xiàn)SPI的操作，使得編程變得更加方面。下面是使用AVR SPI的幾個步驟：

• 首先，應設置相應管腳的讀寫寄存器以設定數(shù)據(jù)傳輸方向。在Mega16里，SPI的接口為以下管腳：PB4-PB7 (SS/MOSI/MISO/CLK)。如果工作在主模式則可以這么寫（PORTB=0xff; DDRB=0xBF; PB7(SCK):輸出 PB6(MISO):輸入 PB5(MOSI):輸出 PB4(SS):輸出）

• 接著還需要設定SPI工作寄存器，控制的寄存器只有三個：SPDR（SPI數(shù)據(jù)寄存器）、SPCR（SPI控制寄存器）、SPSR（SPI狀態(tài)寄存器），其中SPDR是讀寫移位寄存器中的值，SPSR中包括了SPIE：SPI中斷使能位 SPE：SPI使能位 DORD：數(shù)據(jù)傳送從最高位或最低位開始MSTR：主從工作方式選擇 COPL/CPHA：時鐘極性相位選擇 SPR1/SPR0：時鐘速率選擇；SPSR中主要是幾個狀態(tài)標志位，用來做軟件查詢，SPIF：SPI中斷標志位 WCOL：沖則可以如下設置突標志位 如果使用的是軟件查詢， SPCR中只需要置SPE和MSTR兩位。

• 隨后的工作就是往SPDR里讀寫數(shù)據(jù)，需要注意的是一次最少讀寫一個Byte(8 bit)的數(shù)據(jù)，這和硬件的設計有關。在讀取數(shù)據(jù)前需要先寫入數(shù)據(jù)。可以一次讀寫一個字節(jié)，也可以塊讀寫，在OurAVR上的例程中這兩種方式均有.