STC15W408AS單片機(jī)SPI的相關(guān)寄存器

STC15系列單片機(jī)還提供另一種高速串行通信接口 —— SPI接口。SPI是一種全雙工、高速、同步的通信總線，有兩種操作模式：主模式和從模式。在主模式中支持高達(dá)3 Mbps的速率(工作頻率為12MHz時(shí),如果CPU主頻采用20MHz到36MHz,則可更高，從模式時(shí)速度無法太快，SYSclk/4以內(nèi)較好),還具有傳輸完成標(biāo)志和寫沖突標(biāo)志保護(hù)。

一、 與SPI功能模塊相關(guān)的特殊功能寄存器

1.1SPI控制寄存器SPCTL

SPCTL : SPI控制寄存器

SSIG：SS引腳忽略控制位。

SSIG=1，MSTR（位4）確定器件為主機(jī)還是從機(jī)

SSIG=0，SS腳用于確定器件為主機(jī)還是從機(jī).SS腳可作為I/O口使用(見SPI主從選擇表)

SPEN：SPI使能位。

SPEN=1，SPI使能；

SPEN=0，SPI被禁止，所有SPI引腳都作為I/O口使用。

DORD：設(shè)定SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的位順序

DORD=1， 數(shù)據(jù)字的LSB(最低位)最先發(fā)送；

DORD=0， 數(shù)據(jù)字的MSB(最高位)最先發(fā)送。

MSTR：主/從模式選擇位(見SPI主從選擇表）。

CPOL：SPI時(shí)鐘極性

CPOL=1，SCLK空閑時(shí)為高電平。SCLK的前時(shí)鐘沿為下降沿而后沿為上升沿。

CPOL=0，SCLK空閑時(shí)為低電平。SCLK的前時(shí)鐘沿為上升沿而后沿為下降沿。

CPHA：SPI時(shí)鐘相位選擇。

CPHA=1， 數(shù)據(jù)在SCLK的前時(shí)鐘沿驅(qū)動(dòng)，并在后時(shí)鐘沿采樣

CPHA=0， 數(shù)據(jù)在SS為低（SSIG＝0）時(shí)被驅(qū)動(dòng)，在SCLK的后時(shí)鐘沿被改變，并在前時(shí)鐘沿被采樣。（注：SSIG = 1時(shí)的操作未定義）

SPR1、SPR0：SPI時(shí)鐘頻率選擇控制位：

表中，CPU_CLK是CPU時(shí)鐘。

1.2 SPI狀態(tài)寄存器SPSTAT

SPSTAT: SPI狀態(tài)寄存器

SPIF：SPI傳輸完成標(biāo)志。

當(dāng)一次串行傳輸完成時(shí)，SPIF置位 SPI中斷被打開(即ESPI (IE2.1) 和EA(IE.7) 都置位)，則產(chǎn)生中斷。SPI處于主模式且SSIG=0時(shí)，如果SS為輸入并被驅(qū)動(dòng)為低電平，SPIF也將置位 "模式改變"。SPIF標(biāo)志通過軟件向其寫入"1"清零。

WCOL：SPI寫沖突標(biāo)志。

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中如果對(duì)SPI 數(shù)據(jù)寄存器SPDAT執(zhí)行寫操作，WCOL將置位。WCOL標(biāo)志通過軟件向其寫入"1"清零。

1.3 SPI數(shù)據(jù)寄存器SPDAT

SPDAT: SPI數(shù)據(jù)寄存器

SPDAT.7 - SPDAT.0: 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位Bit7～Bit0。

1.4 中斷允許寄存器2

ESPI : SPI中斷允許位

ESPI=1，允許SPI中斷，

ESPI=0，禁止SPI中斷。

二、SPI接口的結(jié)構(gòu)

STC15系列單片機(jī)的SPI功能方框圖如下圖所示。

SPI的核心是一個(gè)8位移位寄存器和數(shù)據(jù)緩沖器，數(shù)據(jù)可以同時(shí)發(fā)送和接收。在SPI數(shù)據(jù)的傳輸過程中，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖器中。對(duì)于主模式，若要發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)，只需將這個(gè)數(shù)據(jù)寫到SPDAT寄存器中。主模式下SS信號(hào)不是必需的；但是在從模式下，必須在SS信號(hào)變?yōu)橛行Р⒔邮盏胶线m的時(shí)鐘信號(hào)后，方可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在從模式下，如果一個(gè)字節(jié)傳輸完成后，SS信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑@個(gè)字節(jié)立即被硬件邏輯標(biāo)志為接收完成，SPI接口準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)。

三、SPI接口的數(shù)據(jù)通信

SPI接口 有4個(gè)管腳 SCLK, MISO, MOSI和SS，可在3組管腳之間進(jìn)行切換 SCLK/P1.5,MISO/P1.4, MOSI/P1.3和SS/P1.2 ]；SCLK_2/P2.1, MISO_2/P2.2, MOSI_2/P2.3和SS_2/P2.4][SCLK_3/P4.3, MISO_3/P4.1, MOSI_3/P4.0和SS_3/P5.4]。MOSI ( Master Out Slave In，主出從入)：主器件的輸出和從器件的輸入，用于主器件到從器件的串行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SPI作為主器件時(shí)，該信號(hào)是輸出；當(dāng)SPI作為從器件時(shí)，該信號(hào)是輸入。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)最高位在先，低位在后 根據(jù)SPI規(guī)范，多個(gè)從機(jī)可以共享一根MOSI信號(hào)線。在時(shí)鐘邊界的前半周期，主機(jī)將數(shù)據(jù)放在MOSI信號(hào)線上，從機(jī)在該邊界處獲取該數(shù)據(jù)。MISO ( Master In Slave Out，主入從出)：從器件的輸出和主器件的輸入，用于實(shí)現(xiàn)從器件到主器件的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SPI作為主器件時(shí)，該信號(hào)是輸入；當(dāng)SPI作為從器件時(shí)，該信號(hào)是輸出。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)最高位在先，低位在后 SPI規(guī)范中，一個(gè)主機(jī)可連接多個(gè)從機(jī)，因此，主機(jī)的MISO信號(hào)線會(huì)連接到多個(gè)從機(jī)上，或者說，多個(gè)從機(jī)共享一根MISO信號(hào)線。當(dāng)主機(jī)與一個(gè)從機(jī)通信時(shí)，其他從機(jī)應(yīng)將其MISO引腳驅(qū)動(dòng)置為高阻狀態(tài)。SCLK ( SPI Clock，串行時(shí)鐘信號(hào))：串行時(shí)鐘信號(hào)是主器件的輸出和從器件的輸入，用于同步主器件和從器件之間在MOSI和MISO線上的串行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)主器件啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生8個(gè)SCLK時(shí)鐘周期信號(hào)給從機(jī)。在SCLK的每個(gè)跳變處(上升沿或下降沿)移出一位數(shù)據(jù)。所以，一次數(shù)據(jù)傳輸可以傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。SS( Slave Select，從機(jī)選擇信號(hào))：這是一個(gè)輸入信號(hào)，主器件用它來選擇處于從模式的SPI模塊。主模式和從模式下SS的使用方法不同。在主模式下，SPI接口只能有一個(gè)主機(jī)，不存在主機(jī)選擇問題，該模式下SS不是必需的。主模式下通常將主機(jī)的SS管腳通過10KΩ的電阻上拉高電平。每一個(gè)從機(jī)的SS接主機(jī)的I/O口，由主機(jī)控制電平高低，以便主機(jī)選擇從機(jī)。

在從模式下，不管發(fā)送還是接收，SS信號(hào)必須有效。因此在一次數(shù)據(jù)傳輸開始之前必須將SS為低電平。SPI主機(jī)可以使用I/O口選擇一個(gè)SPI器件作為當(dāng)前的從機(jī)。

SPI從器件通過其SS腳確定是否被選擇。如果滿足下面的條件之一，SS就被忽略：如果SPI系統(tǒng)被禁止，即SPEN(SPCTL.6)= 0(復(fù)位值)

如果SPI配置為主機(jī)，即MSTR(SPCTL.4)=1,并且P1.2/SS配置為輸出（ P1M0.2和P1M1.2）如果SS腳被忽略，即SSIG(SPCTL.7)＝ 1，該腳配置用于I/O口功能。

注：即使SPI被配置為主機(jī)（MSTR ＝ 1），它仍然可以通過拉低SS腳配置為從機(jī)（如果P1.2/SS配置為輸入且SSIG=0）。要使能該特性，應(yīng)當(dāng)置位SPIF(SPSTAT.7)。

四、SPI測(cè)試代碼

這里采用的是查詢法。

#define u16 unsigned int 
#define u8  unsigned char
// 控制寄存器 SPCTL
#define SSIG 1 // 1: 忽略SS腳，由MSTR位決定主機(jī)還是從機(jī)  0: SS腳用于決定主從機(jī)。
#define SPEN 1 // 1: 允許SPI，0：禁止SPI，所有SPI管腳均為普通IO
#define DORD 0 // 1：LSB先發(fā)，0：MSB先發(fā)
#define MSTR 1 // 1：設(shè)為主機(jī) 0：設(shè)為從機(jī)
#define CPOL 1 // 1: 空閑時(shí)SCLK為高電平，0：空閑時(shí)SCLK為低電平
#define CPHA 1 // 數(shù)據(jù)在SCLK的前時(shí)鐘沿驅(qū)動(dòng)，并在后時(shí)鐘沿采樣
#define SPEED_4 0 // fosc/4
#define SPEED_8 1 // fosc/8
#define SPEED_16 2 // fosc/16
#define SPEED_32 3 // fosc/32
// 狀態(tài)寄存器 SPSTAT
#define SPIF 0x80 //SPI傳輸完成標(biāo)志。寫入1清0。
#define WCOL 0x40 //SPI寫沖突標(biāo)志。寫入1清0。
void Spi_Init(void)
{
  SPDAT = 0;                           //初始化SPDAT
  SPSTAT = SPIF | WCOL;                //清除SPI狀態(tài)標(biāo)志
  SPCTL = (SSIG < < 7) + (SPEN < < 6)  + (MSTR < < 4) + (CPOL < < 3) + (CPHA < < 2) + SPEED_4; 
}
void Spi_Send(u8 dat)
{
  SPSTAT = SPIF + WCOL; //清0 SPIF和WCOL標(biāo)志
  SPDAT = dat; //發(fā)送一個(gè)字節(jié)
  while (!(SPSTAT & SPIF));  //等待SPI數(shù)據(jù)傳輸完成
  SPSTAT = SPIF + WCOL; //清0 SPIF和WCOL標(biāo)志
}