AVR單片機串行接口SPI接口應用設計

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　　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(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(shù)據(jù)傳輸率;

　　.注意傳送字節(jié)的順序，是低位優(yōu)先(LSB First)還是高位優(yōu)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(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：

　　#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(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;

　　}

　　}

　　Unsigned Char GetSPIchar(Void)

　　{

　　Unsigned Char Data;

　　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();

　　Return Data;

　　}

　　Void PutSPIchar(Char C)

　　{

　　While (Tx_counter == SIZE);//發(fā)送緩沖區(qū)滿，等待

　　CLI();

　　If (Tx_counter || ((SPSR & 0x80) == 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();

　　}

　　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(tǒng)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(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中完成。在SPI中斷服務程序中，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()為應用程序的底層接口函數(shù)(SPI驅動程序是SPI中斷服務程序)，同時也使用了兩個數(shù)據(jù)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。