輕松學(xué)PIC之SPI總線(xiàn)篇

　　一、SPI總線(xiàn)基本概念

　　SPI （ Serial Peripheral Interface ———串行外設接口） 總線(xiàn)是Motorola 公司推出的一種同步串行接口技術(shù)。SPI 總線(xiàn)系統是一種同步串行外設接口， 允許MCU 與各種外圍設備（ 如閃存、數摸轉換、網(wǎng)絡(luò )控制器、從MCU） 以串行方式進(jìn)行通信、數據交換。

　　SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線(xiàn)，并且在芯片的管腳上只占用四根線(xiàn)，節約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB 的布局上節省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現在越來(lái)越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。其工作模式有兩種：主模式和從模式。SPI 是一種允許一個(gè)主設備啟動(dòng)一個(gè)從設備的同步通訊的協(xié)議，從而完成數據的交換。

　　也就是SPI 是一種規定好的通訊方式。這種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是占用端口較少，一般4 根就夠基本通訊了（不算電源線(xiàn)）。同時(shí)傳輸速度也很高。一般來(lái)說(shuō)要求主設備要有SPI 控制器（也可用模擬方式），就可以與基于SPI 的芯片通訊了。

　　二、SPI總線(xiàn)系統結構

　　SPI 系統可直接與各個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口， 一般使用4 條線(xiàn)： 串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCK） 、主機輸入/ 從機輸出數據線(xiàn)SDO、主機輸出/ 從機輸入數據線(xiàn)SDI 和低電平有效的從機選擇線(xiàn)SS。SDI 和SDO 用于串行接收和發(fā)送數據，數據高位在前低位在后。在SPI 設置為主機方式時(shí)，SDO 是主機讀從機，SDI 是主機寫(xiě)從機。SCK 用于提供時(shí)鐘脈沖將數據一位位地傳送。SPI 總線(xiàn)器件間傳送數據框圖如圖1 所示。

　　三、SPI總線(xiàn)的接口特性

　　利用SPI 總線(xiàn)可在軟件的控制下構成各種系統。如1 個(gè)主MCU 和幾個(gè)從MCU、幾個(gè)從MCU 相互連接構成多主機系統（分布式系統）、1 個(gè)主MCU 和1 個(gè)或幾個(gè)從I ／ O 設備所構成的各種系統等。在大多數應用場(chǎng)合，可使用1個(gè)MCU 作為主控機來(lái)控制數據，并向1 個(gè)或幾個(gè)從外圍器件傳送該數據。從器件只有在主機發(fā)命令時(shí)才能接收或發(fā)送數據。其數據的傳輸格式總是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。

　　當一個(gè)主控機通過(guò)SPI 與幾種不同的串行I ／ O 芯片相連時(shí)，必須使用每片的允許控制端，這可通過(guò)MCU 的I ／ O 端口輸出線(xiàn)來(lái)實(shí)現。

　　但應特別注意這些串行I ／ O 芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數據輸出是否有三態(tài)控制端。平時(shí)未選中芯片時(shí)，輸出端應處于高阻態(tài)。若沒(méi)有三態(tài)控制端，則應外加三態(tài)門(mén)。否則MCU 的MISO端只能連接一個(gè)外設。其次是外設的串行數據輸入是否有允許控制端。

　　因為只有在此芯片允許時(shí)，SCK 脈沖才把串行數據移入該外設；在禁止時(shí)，SCK 對外設無(wú)影響。若原來(lái)沒(méi)有允許控制端，則增加控制門(mén)；當然，也可以在SPI 總線(xiàn)上只連接1 個(gè)外設，就不必用允許控制。

　　通過(guò)前文的原理介紹，我們已經(jīng)對SPI 總線(xiàn)的特性以及工作原理有了大致地了解，但當我們拿到一個(gè)SPI 總線(xiàn)器件時(shí)要正確地應用它，還是一時(shí)不知如何下手，比如我們現在要想把一個(gè)具體的數據存儲放器件中去，需要怎么辦呢？現在，我們來(lái)一起看一個(gè)數據存儲的例子，通過(guò)一個(gè)實(shí)例，相信會(huì )給大家帶來(lái)一個(gè)感性的認識，下面就以目前單片機系統中廣泛應用的SPI 接口的數據存儲器93C46 為例，介紹SPI器件的基本應用。

　　四、93C46串行存儲器簡(jiǎn)介

　　93C46 是1k 位串行EEPROM 儲存器。

　　每一個(gè)儲存器都可以通過(guò)DI/DO 引腳寫(xiě)入或讀出。它的存儲容量為1024 位，內部為128×8位或64×16 位。93C46 為串行三線(xiàn)SPI 操作芯片，在時(shí)鐘時(shí)序的同步下接收數據口的指令。

　　指令碼為9 位十進(jìn)制碼，具有7 個(gè)指令，讀、擦寫(xiě)使能、擦除、寫(xiě)、全擦、全寫(xiě)及擦除禁止。該芯片擦寫(xiě)時(shí)間快，有擦寫(xiě)使能保護，可靠性高，擦寫(xiě)次數可達100 萬(wàn)次， 93C46 的引腳功能圖如圖2 所示。

圖2 93C46 的引腳圖

表1 ：93C46 串行EEPROM 指令格式選擇表