AVR單片機串行接口SPI接口應用設計
加入技術交流群
使用的同步串行三線SPI接口，可以方便的連接采用SPI通信協議的外圍或另一片AVR單片機，實現在短距離內的高速同步通信。ATmega128的SPI采用硬件方式實現面向字節的全雙工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系統時鐘，從機方式最高速率為1/4系統時鐘。
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)，其詳見第二章中關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，應注意以下幾點：
.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，是低位優先(LSB First)還是高位優先(MSB Frist);
.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，可以節省總線上的吊高電阻。
下面一段是SPI主機方式連續發送(接收)字節的例程：
#Define SIZE 100
Unsigned Char SPI_rx_buff[SIZE];
Unsigned Char SPI_tx_buff[SIZE];
Unsigned Char Rx_wr_index,Rx_rd_index,Rx_counter,Rx_buffer_overflow;
Unsigned Char Tx_wr_index,Tx_rd_index,Tx_counter;
#Pragma Interrupt_handler Spi_stc_isr:18
Void Spi_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) //如果發送緩沖區中有待發的數據
{
--Tx_counter;
SPDR = SPI_tx_buff[Tx_rd_index]; //發送一個字節數據，并調整指針
If (++Tx_rd_index == SIZE) Tx_rd_index = 0;
}
}
Unsigned Char GetSPIchar(Void)
{
Unsigned Char Data;
While (Rx_counter == 0); //無接收數據，等待
Data = SPI_rx_buff[Rx_rd_index]; //從接收緩沖區取出一個SPI收到的數據
If (++Rx_rd_index == SIZE) Rx_rd_index = 0; //調整指針
CLI();
--Rx_counter;
SEI();
Return Data;
}
Void PutSPIchar(Char C)
{
While (Tx_counter == SIZE);//發送緩沖區滿，等待
CLI();
If (Tx_counter || ((SPSR 0x80) == 0))//發送緩沖區已中有待發數據
{ //或SPI正在發送數據時
SPI_tx_buffer[Tx_wr_index] = C; //將數據放入發送緩沖區排隊
If (++Tx_wr_index == SIZE) Tx_wr_index = 0; //調整指針
++Tx_counter;
}
Else
SPDR = C; //發送緩沖區中空且SPI口空閑，直接放入SPDR由SIP口發送
SEI();
}
Void Spi_init(Void)
{
Unsigned Chat Temp;
DDRB |= 0x080; //MISO=Input And MOSI,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系統時鐘速率
SPSR = 0x00;
Temp = SPSR;
Temp = SPDR; //清空SPI，和中斷標志，使SPI空閑
}
Void Main(Void)
{
Unsigned Char I;
CLI(); //關中斷
Spi_init(); //初始化SPI接口
SEI(); //開中斷
While()
{
PutSPIchat(I); //發送一個字節
I++;
GetSPIchar(); //接收一個字節(第一個字節為空字節)
………
}
}
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空閑等待發送數據。
AVR的SPI由一個16位的循環移位寄存器構成，當數據從主機方移出時，從機的數據同時也被移入，因此SPI的發送和接收在一個中斷服務中完成。在SPI中斷服務程序中，先從SPDR中讀一個接收的字節存入接收數據緩沖器中，再從發送數據緩沖器取出一個字節寫入SPDR中，由ISP發送到從機。數據一旦寫入SPDR，ISP硬件開始發送數據。下一次ISP中斷時，表示發送完成，并同時收到一個數據。類似本章介紹的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驅動程序是SPI中斷服務程序)，同時也使用了兩個數據緩沖器，分別構成循環隊列。這種程序設計的思路，不但程序的結構性完整，同時也適當的解決了高速MCU和低速串口之間的矛盾，實現程序中任務的并行運行，提高了MCU的運行效率。
本例程是通過SPI批量輸出、輸入數據的示例，用戶可以使用一片ATmega128，將其MOSI和MISO兩個引腳連接起來，構成一個ISP接口自發自收的系統，對程序進行演示驗證。需要注意，實際接收到的字節為上一次中斷時發出的數據，即第一個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行改動，適合實際系統的使用。如在實際應用中外接的從機是一片SPI接口的溫度芯片，協議規程為：主機先要連續發送3個字節的命令，然后從機才返回一個字節的數據。那么用戶程序可以先循環調用PutSPIchar()函數4次，將3個字節的命令和一個字節的空數據發送到從機，然后等待一段時間，或處理一些其它的操作后，再循環調用GetSPIchar()函數4次，從接收數據緩沖器中連續讀取4個字節，放棄前3個空字節，第4個字節即為從機的返回數據了。
評論