串行接口SPI接口應(yīng)用設(shè)計

使用的同步串行三線SPI接口，可以方便的連接采用SPI通信協(xié)議的外圍或另一片AVR單片機，實現(xiàn)在短距離內(nèi)的高速同步通信。ATmega128的SPI采用硬件方式實現(xiàn)面向字節(jié)的全雙工3線同步通信，支持主機、從機和2種不同極性的SPI時序，通信速率有7種選擇，主機方式的最高速率為1/2系統(tǒng)時鐘，從機方式最高速率為1/4系統(tǒng)時鐘。

ATmega128單片機內(nèi)部的SPI接口也被用于程序存儲器和數(shù)據(jù)E2PROM的編程下載和上傳。但特別需要注意的是，此時SPI的MOSI和MISO接口不再對應(yīng)PB2、PB3引腳，而是轉(zhuǎn)換到PE0、PE1引腳上（PDI、PDO），其詳見第二章中關(guān)于程序存儲器的串行編程和校驗部分的內(nèi)容。

ATmega128的SPI為硬件接口和傳輸完成中斷申請，所以使用SPI傳輸數(shù)據(jù)的有效方法是采用中斷方式+數(shù)據(jù)緩存器的設(shè)計方法。在對SPI初始化時，應(yīng)注意以下幾點：

。正確選擇和設(shè)置主機或從機，以及工作模式（極性），數(shù)據(jù)傳輸率；

。注意傳送字節(jié)的順序，是低位優(yōu)先（LSBFirst）還是高位優(yōu)先（MSBFrist）；

。正確設(shè)置MOSI和MISO接口的輸入輸出方向，輸入引腳使用上拉電阻，可以節(jié)省總線上的吊高電阻。

下面一段是SPI主機方式連續(xù)發(fā)送（接收）字節(jié)的例程：

#defineSIZE100

unsignedcharSPI_rx_buff[SIZE];

unsignedcharSPI_tx_buff[SIZE];

unsignedcharrx_wr_index，rx_rd_index，rx_counter，rx_buffer_overflow;

unsignedchartx_wr_index，tx_rd_index，tx_counter;

#pragmainterrupt_handlerspi_stc_isr：18

voidspi_stc_isr(void)

{

SPI_rx_buff[rx_wr_index]=SPDR;//從ISP口讀出收到的字節(jié)

if(++rx_wr_index==SIZE)rx_wr_index=0;//放入接收緩沖區(qū)，并調(diào)整隊列指針

if(++rx_counter==SIZE)

{

rx_counter=0;

rx_buffer_overflow=1;

}

if(tx_counter)//如果發(fā)送緩沖區(qū)中有待發(fā)的數(shù)據(jù)

{

--tx_counter;

SPDR=SPI_tx_buff[tx_rd_index];//發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，并調(diào)整指針

if(++tx_rd_index==SIZE)tx_rd_index=0;

}

}

unsignedchargetSPIchar(void)

{

unsignedchardata;

while(rx_counter==0);//無接收數(shù)據(jù)，等待

data=SPI_rx_buff[rx_rd_index];//從接收緩沖區(qū)取出一個SPI收到的數(shù)據(jù)

if(++rx_rd_index==SIZE)rx_rd_index=0;//調(diào)整指針

CLI();

--rx_counter;

SEI();

returndata;

}

voidputSPIchar(charc)

{

while(tx_counter==SIZE);//發(fā)送緩沖區(qū)滿，等待

CLI();

if(tx_counter||((SPSR0x80)==0))//發(fā)送緩沖區(qū)已中有待發(fā)數(shù)據(jù)

{//或SPI正在發(fā)送數(shù)據(jù)時

SPI_tx_buffer[tx_wr_index]=c;//將數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩沖區(qū)排隊

if(++tx_wr_index==SIZE)tx_wr_index=0;//調(diào)整指針

++tx_counter;

}

else

SPDR=c;//發(fā)送緩沖區(qū)中空且SPI口空閑，直接放入SPDR由SIP口發(fā)送

SEI();

}

voidspi_init(void)

{

unsignedchattemp;

DDRB|=0x080;//MISO=inputandMOSI，SCK，SS=output

PORTB|=0x80;//MISO上拉電阻有效

SPCR=0xD5;//SPI允許，主機模式，MSB，允許SPI中斷，極性方式01，1/16系統(tǒng)時鐘速率

SPSR=0x00;

temp=SPSR;

temp=SPDR;//清空SPI，和中斷標志，使SPI空閑

}

voidmain(void)

{

unsignedcharI;

CLI();//關(guān)中斷

spi_init();//初始化SPI接口

SEI();//開中斷

while()

{

putSPIchat(i);//發(fā)送一個字節(jié)

i++;

getSPIchar();//接收一個字節(jié)（第一個字節(jié)為空字節(jié)）

………

}

}

這個典型的SPI例程比較簡單，主程序中首先對ATmega128的硬件SPI進行初始化。在初始化過程中，將PORTB的MOSI、SCLK和SS引腳作為輸出，同時將MISO作為輸入引腳，并打開上拉電阻。接著對SPI的寄存器進行初始化設(shè)置，并空讀一次SPSR、SPDR寄存器（讀SPSR后再對SPDR操作將自動清零SPI中斷標志自動清零），使ISP空閑等待發(fā)送數(shù)據(jù)。

AVR的SPI由一個16位的循環(huán)移位寄存器構(gòu)成，當數(shù)據(jù)從主機方移出時，從機的數(shù)據(jù)同時也被移入，因此SPI的發(fā)送和接收在一個中斷服務(wù)中完成。在SPI中斷服務(wù)程序中，先從SPDR中讀一個接收的字節(jié)存入接收數(shù)據(jù)緩沖器中，再從發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器取出一個字節(jié)寫入SPDR中，由ISP發(fā)送到從機。數(shù)據(jù)一旦寫入SPDR，ISP硬件開始發(fā)送數(shù)據(jù)。下一次ISP中斷時，表示發(fā)送完成，并同時收到一個數(shù)據(jù)。類似本章介紹的USART接口的使用，程序中putSPIchar()和getSPIchar()為應(yīng)用程序的底層接口函數(shù)（SPI驅(qū)動程序是SPI中斷服務(wù)程序），同時也使用了兩個數(shù)據(jù)緩沖器，分別構(gòu)成循環(huán)隊列。這種程序設(shè)計的思路，不但程序的結(jié)構(gòu)性完整，同時也適當?shù)慕鉀Q了高速MCU和低速串口之間的矛盾，實現(xiàn)程序中任務(wù)的并行運行，提高了MCU的運行效率。

本例程是通過SPI批量輸出、輸入數(shù)據(jù)的示例，用戶可以使用一片ATmega128，將其MOSI和MISO兩個引腳連接起來，構(gòu)成一個ISP接口自發(fā)自收的系統(tǒng)，對程序進行演示驗證。需要注意，實際接收到的字節(jié)為上一次中斷時發(fā)出的數(shù)據(jù)，即第一個收到的字節(jié)是空字節(jié)。

讀懂和了解程序的處理思想，讀者可以根據(jù)需要對程序進行改動，適合實際系統(tǒng)的使用。如在實際應(yīng)用中外接的從機是一片SPI接口的溫度芯片，協(xié)議規(guī)程為：主機先要連續(xù)發(fā)送3個字節(jié)的命令，然后從機才返回一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。那么用戶程序可以先循環(huán)調(diào)用putSPIchar()函數(shù)4次，將3個字節(jié)的命令和一個字節(jié)的空數(shù)據(jù)發(fā)送到從機，然后等待一段時間，或處理一些其它的操作后，再循環(huán)調(diào)用getSPIchar()函數(shù)4次，從接收數(shù)據(jù)緩沖器中連續(xù)讀取4個字節(jié)，放棄前3個空字節(jié)，第4個字節(jié)即為從機的返回數(shù)據(jù)了。