單片機原理：12-2串行擴展技術-SPI-略

第12章單片機的串行擴展

技術112.2SPI總線串行擴展 SPI（SerialPeriperalInterface）是Motorola公司推出的同步串行外設接口，允許單片機與多個廠家生產(chǎn)的帶有標準SPI接口的外圍設備直接連接，以串行方式交換信息。

圖12-3為SPI外圍串行擴展結構圖。SPI使用４條線：串行時鐘SCK，主器件輸入/從器件輸出數(shù)據(jù)線MISO，主器件輸出/從器件輸入數(shù)據(jù)線MOSI和從器件選擇線

。23圖12-3SPI外圍串行擴展結構圖 SPI典型應用是單主系統(tǒng)，一臺主器件，從器件通常是外圍接口器件，如存儲器、I/O接口、A/D、D/A、鍵盤、日歷/時鐘和顯示驅動等。擴展多個外圍器件時，SPI無法通過數(shù)據(jù)線譯碼選擇，故外圍器件都有片選端

。在擴展單個SPI器件時，外圍器件的片選端

可以接地或通過I/O口控制；在擴展多個SPI器件時，單片機應分別通過I/O口線來分時選通外圍器件。 在SPI串行擴展系統(tǒng)中，如果某一從器件只作輸入（如鍵盤）或只作輸出（如顯示器）時，可省去一條數(shù)據(jù)輸出（MISO）線或一條數(shù)據(jù)輸入（MOSI）線，從而構成雙線系統(tǒng)（

接地）。4 SPI系統(tǒng)中單片機對從器件的選通需控制其CS*端，由于省去傳輸時的地址字節(jié)，數(shù)據(jù)傳送軟件十分簡單。但在擴展器件較多時，需要控制較多的從器件

端，連線較多。 在SPI系統(tǒng)中，主器件單片機在啟動一次傳送時，便產(chǎn)生8個時鐘，傳送給接口芯片作為同步時鐘，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。傳送格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后，如圖12-4所示。輸出數(shù)據(jù)的變化以及輸入數(shù)據(jù)時的采樣，都取決于SCK。但對不同外圍芯片，可能是SCK的上升沿起作用，也可能是SCK的下降沿起作用。SPI有較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，最高可達1.05Mbit/s。5

圖12-4

SPI數(shù)據(jù)傳送格式 Motorola提供了一系列具有SPI接口的單片機和外圍接口芯片，如存儲器MC2814、顯示驅動器MC14499和MC14489等各種芯片。6 SPI從器件要具有SPI接口。主器件是單片機。目前已有許多機型的單片機都帶有SPI接口。但對AT89S51，由于不帶SPI接口，SPI接口的實現(xiàn)，可采用軟件與I/O口結合來模擬SPI的接口時序。 【例12-2】

設計AT89S51單片機與串行A/D轉換器TLC2543的SPI接口。 TLC2543是美國TI公司的12位串行SPI接口的A/D轉換器，轉換時間為10μs。片內(nèi)有1個14路模擬開關，用來選擇11路模擬輸入以及3路內(nèi)部測試電壓中的1路進行采樣。7

圖12-5為單片機與TLC2543的SPI接口電路。TLC2543的I/OCLOCK、DATAINPUT和

端由單片機的P1.0、P1.1和P1.3來控制。轉換結果的輸出數(shù)據(jù)（DATAOUT）由單片機的P1.2串行接收，單片機將命令字通過P1.1輸入到TLC2543的輸入寄存器中。 下面的子程序為AT89S51選擇某一通道（例如AIN0通道）進行1次數(shù)據(jù)采集，A/D轉換結果共12位，分兩次讀入。先讀入TLC2543中的8位轉換結果到單片機中，同時寫入下一次轉換的命令，然后再讀入4位的轉換結果到單片機中。8 注意：TLC2543在每次I/O周期讀取的數(shù)據(jù)都是上次轉換的結果，當前轉換結果要在下一個I/O周期中被串行移出。TLC2543A/D轉換的第1次讀數(shù)由于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉換結果可能不準確，應丟棄。

圖12-5AT89S51單片機與TLC2543的SPI接口9子程序如下：ADCOMD BYTE 6FH ；定義命令存儲單元

ADOUTH BYTE 6EH ；定義存儲轉換結果高4位單元ADOUTL BYTE 6DH ；定義存儲轉換結果低8位單元ADCONV：CLR P1.0 ；時鐘腳為低電平 CLR P1.3 ；片選

有效，選中TLC2543 MOV R2，#08H；送出下一次8位轉換命令和 ；讀8位轉換結果做準備 MOV A，ADCOMD ；下一次轉換命令在ADCOMD ；單元中送ALOOP1：MOV C，P1.2 ；讀入1位轉換結果 RRC A ；1位轉換結果帶進位位右移10

MOV P1.1，C ；送出命令字節(jié)中的1位 SETB P1.0 ；產(chǎn)生1個時鐘 NOP CLR P1.0 NOP DJNZ R2，LOOP1；是否完成8次轉換結果讀入和命 ；令輸出？未完則跳 MOV ADOUTL，A；讀8位轉換結果存入ADOUTL單元 MOV A，#00H ；A清0 MOV R2，#04H ；為讀入4位轉換結果做準備11 SETB P1.0 ；產(chǎn)生1個時鐘 NOP CLR P1.0 NOP DJNZ R2，LOOP2 ；是否完成4次讀入？未完則跳 ；LOOP2 MOV ADOUTH，A ；高4位轉換結果存入 ；ADOUTH單元中的高4位 SWAP ADOUTH ；ADOUTH單元中的高4位與 ；低4位互換LOOP2：MOV C，P1.2 ；讀入高4位轉換結果中的1位 RRC A ；帶進位位循環(huán)右移 SETB P1.0 ；時鐘無效 RET12 執(zhí)行上述程序中的8次循環(huán)，執(zhí)行“RRCA”指令8次，每次讀入轉換結果1位，然后送出ADCOMD單元中的下一次轉換的命令字節(jié)“G7G6G5G4G3G2G1G0”中的1位，進入TLC2543的輸入寄存器。 經(jīng)8次右移后，8位A/D轉換結果數(shù)據(jù)