串行接口SPI接口應用設計

使用的同步串行三線(xiàn)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(shí)現在短距離內的高速同步通信。ATmega128的SPI采用硬件方式實(shí)現面向字節的全雙工3線(xiàn)同步通信，支持主機、從機和2種不同極性的SPI時(shí)序，通信速率有7種選擇，主機方式的最高速率為1/2系統時(shí)鐘，從機方式最高速率為1/4系統時(shí)鐘。

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

ATmega128的SPI為硬件接口和傳輸完成中斷申請，所以使用SPI傳輸數據的有效方法是采用中斷方式+數據緩存器的設計方法。在對SPI初始化時(shí)，應注意以下幾點(diǎn)：

。正確選擇和設置主機或從機，以及工作模式（極性），數據傳輸率；

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

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

下面一段是SPI主機方式連續發(fā)送（接收）字節的例程：

#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

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

if(++rx_counter==SIZE)

{

rx_counter=0;

rx_buffer_overflow=1;

}

if(tx_counter)//如果發(fā)送緩沖區中有待發(fā)的數據

{

--tx_counter;

SPDR=SPI_tx_buff[tx_rd_index];//發(fā)送一個(gè)字節數據，并調整指針

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

}

}

unsignedchargetSPIchar(void)

{

unsignedchardata;

while(rx_counter==0);//無(wú)接收數據，等待

data=SPI_rx_buff[rx_rd_index];//從接收緩沖區取出一個(gè)SPI收到的數據

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

CLI();

--rx_counter;

SEI();

returndata;

}

voidputSPIchar(charc)

{

while(tx_counter==SIZE);//發(fā)送緩沖區滿(mǎn)，等待

CLI();

if(tx_counter||((SPSR0x80)==0))//發(fā)送緩沖區已中有待發(fā)數據

{//或SPI正在發(fā)送數據時(shí)

SPI_tx_buffer[tx_wr_index]=c;//將數據放入發(fā)送緩沖區排隊

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

++tx_counter;

}

else

SPDR=c;//發(fā)送緩沖區中空且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系統時(shí)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(kāi)中斷

while()

{

putSPIchat(i);//發(fā)送一個(gè)字節

i++;

getSPIchar();//接收一個(gè)字節（第一個(gè)字節為空字節）

………

}

}

這個(gè)典型的SPI例程比較簡(jiǎn)單，主程序中首先對ATmega128的硬件SPI進(jìn)行初始化。在初始化過(guò)程中，將PORTB的MOSI、SCLK和SS引腳作為輸出，同時(shí)將MISO作為輸入引腳，并打開(kāi)上拉電阻。接著(zhù)對SPI的寄存器進(jìn)行初始化設置，并空讀一次SPSR、SPDR寄存器（讀SPSR后再對SPDR操作將自動(dòng)清零SPI中斷標志自動(dòng)清零），使ISP空閑等待發(fā)送數據。

AVR的SPI由一個(gè)16位的循環(huán)移位寄存器構成，當數據從主機方移出時(shí)，從機的數據同時(shí)也被移入，因此SPI的發(fā)送和接收在一個(gè)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(gè)接收的字節存入接收數據緩沖器中，再從發(fā)送數據緩沖器取出一個(gè)字節寫(xiě)入SPDR中，由ISP發(fā)送到從機。數據一旦寫(xiě)入SPDR，ISP硬件開(kāi)始發(fā)送數據。下一次ISP中斷時(shí)，表示發(fā)送完成，并同時(shí)收到一個(gè)數據。類(lèi)似本章介紹的USART接口的使用，程序中putSPIchar()和getSPIchar()為應用程序的底層接口函數（SPI驅動(dòng)程序是SPI中斷服務(wù)程序），同時(shí)也使用了兩個(gè)數據緩沖器，分別構成循環(huán)隊列。這種程序設計的思路，不但程序的結構性完整，同時(shí)也適當的解決了高速MCU和低速串口之間的矛盾，實(shí)現程序中任務(wù)的并行運行，提高了MCU的運行效率。

本例程是通過(guò)SPI批量輸出、輸入數據的示例，用戶(hù)可以使用一片ATmega128，將其MOSI和MISO兩個(gè)引腳連接起來(lái)，構成一個(gè)ISP接口自發(fā)自收的系統，對程序進(jìn)行演示驗證。需要注意，實(shí)際接收到的字節為上一次中斷時(shí)發(fā)出的數據，即第一個(gè)收到的字節是空字節。

讀懂和了解程序的處理思想，讀者可以根據需要對程序進(jìn)行改動(dòng)，適合實(shí)際系統的使用。如在實(shí)際應用中外接的從機是一片SPI接口的溫度芯片，協(xié)議規程為：主機先要連續發(fā)送3個(gè)字節的命令，然后從機才返回一個(gè)字節的數據。那么用戶(hù)程序可以先循環(huán)調用putSPIchar()函數4次，將3個(gè)字節的命令和一個(gè)字節的空數據發(fā)送到從機，然后等待一段時(shí)間，或處理一些其它的操作后，再循環(huán)調用getSPIchar()函數4次，從接收數據緩沖器中連續讀取4個(gè)字節，放棄前3個(gè)空字節，第4個(gè)字節即為從機的返回數據了。