SPI总线从机接口实时模拟的实现
基于HCSI2单片机SPI的实时显示设计
方 式 ， 据传 输 中无 需起 始位 、 止 位 数 停
图 １ ＭＧ ４ ８ １ ４ ９的 引脚排 列
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维普资讯
机协 调 工作 ，译码 、扫描 显示都 由 系统设置寄存 器 ，若输入的是 多字节 ＭＣ１４ ９自动 完 成 ， ４８ 无需 单 片机 干 预 ， 数 据 ， 则被 送 往 显示 寄 存 器 。
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每次 只需改变 显示 内容时 才进 行一次
３ 位 ＤＳ 单 片 机成 为主 流 ，而且 功 ２ Ｐ型
能模块也越来越丰富 。针对这一特点
我们 将 通 用 的 Ｓ Ｉ 术 应 用 于ＭＣ１４ ９ Ｐ技 ４ ８ 的显 示 控 制 ， 同时 也 改进 了用 普通 ｌ ／ Ｏ 口模 拟控 制的 方 法 。
ＭＣ ４ ８ １ ４ ９与 Ｈ Ｓ ２单片机接 口 Ｃ １ 软件设计
摘 要 ：本文介绍 了多功 能显示驱动器 ＭＣ ４ ８ １４ ９与 Ｈ Ｓ ２系列单片机的接 口应 用开 发设计 ，给 出了两种不 同接 口电路 Ｃ １
叙 述 软 件编 程 的 步骤 ，并 给 出 了相 关的 程序 源代 码 ，经 实验 表 明 Ｓ Ｉ 讯 具有 更 大 的优 势 。 Ｐ通
关键词 ：Ｈ Ｓ ２单片机 ；Ｓ Ｉ Ｃ １ Ｐ ；ＭＣ１４ ９ ４ ８ ；显示
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spi模拟练习题
spi模拟练习题SPI全称为System Programming Interface，是一种用于连接外设设备与主机之间的接口标准。
SPI是一种同步串行通信协议，常用于嵌入式系统中。
本文将提供一些SPI模拟练习题，以便读者加深对SPI原理和应用的理解。
一、SPI介绍（200字）SPI是一种全双工、同步的串行通信协议，可以在多个主设备和多个从设备之间进行数据传输。
SPI主要由四根线组成，分别是主设备输出(MOSI)、主设备输入(MISO)、时钟线(SCK)和片选线(SS)。
SPI协议采用主从结构，主设备通过片选线选择从设备，并通过时钟线同步数据传输。
二、SPI常见应用（200字）1. 存储器扩展：SPI常用于片上存储器扩展，如Flash存储器、EEPROM等。
主设备通过SPI接口与片上存储器进行数据交互，实现数据的读取和写入。
2. 传感器与控制器通信：很多传感器和控制器都采用SPI接口与主设备进行通信。
例如，温度传感器、加速度传感器、触摸屏控制器等。
3. 外设控制：SPI也可用于外设控制，如LED驱动器、数码管驱动器等。
主设备通过SPI接口发送控制命令，实现对外设的控制。
三、SPI模拟练习题（600字）1. 问题一：SPI主从设备之间的数据传输是全双工还是半双工？请详细解答（100字）2. 问题二：SPI主设备通过什么信号来选择从设备？如何实现多个从设备的选择？（100字）3. 问题三：在SPI传输中，时钟线的信号变化是否会产生数据传输错误的风险？请阐述原因（150字）4. 问题四：SPI传输中，主设备发送数据和从设备接收数据的时钟边沿对齐是为了什么目的？（150字）5. 问题五：如何使用SPI接口读取EEPROM中的数据？请给出步骤和时序图（200字）6. 问题六：假设有一个主设备和两个从设备，如何通过SPI接口同时控制这两个从设备的某个功能？（150字）四、SPI扩展知识（300字）除了基本的SPI通信，还有一些扩展知识值得了解：1. 时钟极性和相位：SPI通信中的时钟极性和相位可以根据从设备的规格进行配置。
使用MCU的GPIO模拟SPI
使用MCU的GPIO模拟SPI在树莓派等单片机（MCU）上，可以使用GPIO模拟SPI（串行外设接口）来与其他设备进行通信。
SPI是一种同步串行数据传输协议，通常用于连接MCU和传感器、显示器、存储器等外设。
以下是使用MCU的GPIO模拟SPI的详细步骤。
1.了解SPI的基本原理：SPI使用四根信号线进行通信，包括时钟（SCLK）、主机输出从机输入（MOSI）、主机输入从机输出（MISO）和片选（SS）。
-SCLK：时钟信号，由主机产生，用于同步数据传输。
-MOSI：主机输出从机输入，主机将数据发送到从机。
-MISO：主机输入从机输出，从机将数据发送到主机。
-SS：片选信号，用于选择从机。
2.确定所需GPIO引脚：根据所连接的设备的要求，选择合适的GPIO引脚作为SCLK、MOSI、MISO和SS。
3. 配置GPIO引脚：在MCU上，使用相应的编程语言和库函数来配置GPIO引脚。
例如，在树莓派上使用Python编程，可以使用RPi.GPIO库进行配置。
4.编写SPI传输函数：编写一个函数来模拟SPI传输。
该函数应包括以下步骤：a.设置SS为低电平，选中从机设备。
b.发送数据比特串：逐位发送MOSI数据，同时接收并保存MISO数据。
c.设置SS为高电平，取消从机设备的选中。
假设我们要发送8位数据，可以使用以下Python代码实现SPI传输函数：```pythonimport RPi.GPIO as GPIOdef spi_transfer(data):GPIO.output(SS, GPIO.LOW) # 选中从机received_data = 0for bit in range(7, -1, -1): # 逐位传输数据#发送MOSI数据GPIO.output(MOSI, (data >> bit) & 0x01)#接收并保存MISO数据received_bit = GPIO.input(MISO)received_data = (received_data << 1) ， received_bit#在SCLK上升沿发送和接收数据GPIO.output(SCLK, GPIO.HIGH)GPIO.output(SCLK, GPIO.LOW)GPIO.output(SS, GPIO.HIGH) # 取消从机选中return received_data```5. 通过调用SPI传输函数与从机通信：在应用程序中，根据需要调用SPI传输函数。
基于LabVIEW的SPI串行总线接口的实现
基于LabVIEW的SPI串行总线接口的实现作者：赵骁周斌赵华来源：《现代电子技术》2014年第14期摘要：为了便于具有SPI串行总线接口设备的调试，使用美国国家仪器公司（NI）的标准模块化设备模拟SPI串行总线接口信号；采用图形化编程语言LabVIEW得到数字波形格式的SPI信号，并设计程序对此格式的信号进行解析，利用NI公司的硬件设备实现该信号的输入与输出。
经过实验测试，输出SPI接口信号的频率范围是0.5 Hz～500 kHz，输入的频率范围是0.5 Hz～900 kHz，误差小于10 ns，该方法可以用于SPI串行总线接口设备的调试中。
关键词： SPI接口；串行总线接口； LabVIEW；测试中图分类号： TN710⁃34； TP319 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）14⁃0138⁃04Implementation of SPI serial bus interface based on LabVIEWZHAO Xiao1， ZHOU Bin2， ZHAO Hua2（1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China； 2. National Space Science Center， Beijing 100190， China）Abstract： In order to debug the device with SPI serial bus interface conveniently， the standard modular device of National Instruments （NI） was used to simulate SPI serial bus interface signals， LabVIEW was used to get the SPI signals in digital waveform format， a program was designed to analysis these signals， and the hardware equipments of NI was utilized to realize the input and output of these signals. The experimental testing result shows that the frequency range of the output signal from the SPI interface is 0.5 Hz to 500 kHz， the input frequency range is 0.5 Hz to 900 kHz， the error is less than 10 ns. This method can be used to debug SPI serial bus interface device.Keywords： SPI interface； serial bus interface； LabVIEW； testingSPI（Serial Peripheral Interface）[1]总线技术是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，是接线简单、通信效率高、全双工、同步的通信总线。
运用4个普通IO口模拟SPI程序等
运用 4 个普通 I/O 口模拟 SPI 程序源代码
/******************************************************************** 函 数 名：uchar SpiReadWrite(uchar dat) 功 能:SPI 发送接收一个数据 说 明： 调 用： 入口参数： 出口参数： ***********************************************************************/ uchar SpiReadWrite(uchar dat) { uchar i,temp; temp=0; SCK=0; _nop_(); for(i=0;i<8;i++) { if(dat & 0x80) { MOSI=1; }
SPI、I2C、UART三种串行总线的区别
SPI、I2C、UART三种串行总线的区别第一个区别当然是名字：SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口);I2C(INTER IC BUS：意为IC之间总线)UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器)第二，区别在电气信号线上：SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。
SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。
提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。
主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。
如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。
I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。
在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。
如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。
（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备）UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。
第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；第四，看看牛人们的意见吧！wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且I2C使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。
基于SPI的双DSP通信协议研究
基于SPI的双DSP通信协议研究【摘要】提出了改进型SPI（Serial Peripheral interface，串行外围设备接口）协议，在标准SPI协议的基础上，增加了SPI从机主动发起通信的功能，并能指示数据/指令传输，设计了可靠的“帧”格式，帧带有序号和CRC校验，具有完善的出错重传机制。
基于该SPI接口协议，设计了TMS320DM642和TMS320C6747之间的SPI通信接口，给出了接口电路设计和工作流程，并应用到课题组设计的水声通信机中。
【关键词】SPI协议;双DSP通信;TMS320DM642;TMS320C67471.引言在水声通信机的设计中，经常是由一个处理器进行唤醒检测、AGC（自动增益控制）、A/D（模拟-数字转换）、D/A（数字-模拟转换）等工作。
另外一个处理器负责信号调制、解调、纠错编码/解码等复杂计算。
在我们的水声通信机设计中，前端采用低功耗的TMS320C6747浮点DSP，进行数据预处理;后端采用高性能的TMS320DM642定点DSP，进行复杂计算。
这就需要双DSP分工协作，共同完成系统整机的功能。
不可避免的，将涉及到双DSP之间大量的指令和数据交互操作。
我们希望采用灵活的架构，简洁的接口连线，简单的控制协议，实现高可靠和高效率的指令与数据双向传输，通过大量的实验，我们最终选择了SPI协议，并对典型的SPI协议进行了改进。
典型的水声通信机的架构如图1所示。
图1 典型水声通信机的架构在我们的设计中，“处理器A”选用了低功耗的TMS320C6747浮点DSP，“处理器B”选用了高性能的TMS320DM642定点DSP。
在实际系统中，根据水声通信机的不同工作频段和运算能力要求，处理器A也可选择FPGA/CPLD或者低功耗单片机;处理器B也可选择不同运算能力的DSP、ARM或者FPGA。
2.SPI协议SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）是Motorola公司于2000年提出的一种串行接口协议。
(完整)spi总线协议详细说明
SPI总线原理与应用篇《电子制作》2008年9月站长原创，如需引用请注明出处大家好，通过以前的学习，我们已经对51单片机综合学习系统的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了使用IIC总线的基本知识，体会到了综合学习系统的易用性与易学性，这一期我们将一起学习SPI总线的基本原理与应用实例。
先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI 总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。
主体系统如图1所示，其配套书本教程《单片机快速入门》如图2所示。
图1 51单片机综合学习系统主机部分图片图2 51单片机综合学习系统配套书本教程——《单片机快速入门》上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，如图1所示，本期实验我们用到了综合系统主机、板载的AT93C46芯片，综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。
SPI总线简介SPI总线基本概念SPI ( Serial Peripheral Interface ———串行外设接口) 总线是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术。
SPI总线系统是一种同步串行外设接口,允许MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。
外围设备包括FLASHRAM、A/ D 转换器、网络控制器、MCU 等。
SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
其工作模式有两种：主模式和从模式。
SPI是一种允许一个主设备启动一个从设备的同步通讯的协议，从而完成数据的交换。
也就是SPI是一种规定好的通讯方式。
这种通信方式的优点是占用端口较少，一般4根就够基本通讯了（不算电源线）。
SPI协议串行外设接口协议的解析
SPI协议串行外设接口协议的解析SPI（Serial Peripheral Interface）协议是一种串行外设接口协议，常用于在微控制器和外部设备之间进行数据通信。
本文将对SPI协议的基本原理、通信格式以及常见应用进行解析。
一、SPI协议概述SPI协议是一种同步的全双工通信协议，其核心思想是通过使用四根线（片选信号、时钟、输入数据、输出数据）来实现设备之间的通信。
SPI可以同时支持单主机和多从机的通信方式，能够实现高速数据传输，并且相对简单易用。
二、SPI工作原理SPI工作在主-从模式下，一个主设备可以与一个或多个从设备进行通信。
SPI协议中的主设备控制时钟信号，指示数据传输的开始和结束，从设备根据时钟信号来读取或写入数据。
SPI通信时，主设备通过选择片选信号来选择要与其通信的从设备。
三、SPI通信格式1. 时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）：SPI通信协议的时钟极性和相位可以根据设备的要求进行设置，以适应不同设备的通信模式。
CPOL定义了在空闲状态下（时钟未激活）时钟信号的电平，高电平或低电平；CPHA定义了数据采样的时机，以时钟的上升沿还是下降沿为准。
2. 数据位顺序：SPI通信中数据传输的位顺序可以是LSB（Least Significant Bit，最低有效位）或MSB（Most Significant Bit，最高有效位）。
3. 传输速度：SPI通信的速度由主设备的时钟频率控制，可以根据从设备的要求和系统的稳定性来进行设置。
四、SPI应用场景SPI协议广泛应用于各种外设和传感器之间的通信，以下是几个常见的应用场景：1. 存储器芯片：SPI协议被广泛应用于存储器芯片（如Flash和EEPROM）和微控制器之间的通信，实现数据的读写操作。
2. 显示模块：很多液晶屏和OLED显示模块都采用SPI协议与主控制器进行通信，传输图像数据和命令。
3. 传感器：许多传感器（如温度传感器、加速度传感器等）通过SPI协议与控制器进行数据传输，实现实时数据采集和处理。
实验十一单片机之间SPI总线通信实验
实现了两台单片机之间的SPI总线通信，成功传输 了数据。 掌握了SPI总线的通信协议和基本原理。
回顾本次实验成果和不足之处
• 熟悉了单片机的编程和调试过程。
回顾本次实验成果和不足之处
不足
在实验过程中，出现了数据传输错误的情况，需要进 一步排查问题。
对SPI总线的通信速率和稳定性还需要进一步优化。
稳定性测试
通过示波器等工具测试硬件平台 的信号稳定性和噪声水平，确保 硬件平台正常工作。
编写并调试软件代码实现通信功能
软件代码编写
根据SPI总线通信协议和单片机编程 语言规范，编写实现SPI通信功能的 软件代码。
代码调试
通过单步调试、断点设置等方法，对 编写的代码进行逐步调试，确保代码 逻辑正确且能够实现预期的通信功能 。
SPI通信协议
SPI通信协议定义了四种通信模式，包括主模式、从模式、 CPOL和CPHA的不同组合，以满足不同器件之间的通信需 求。
SPI接口电路
SPI接口电路包括主控制器、从控制器、时钟信号线、数 据输入线、数据输出线和片选信号线等部分，用于实现主 从器件之间的数据传输。
单片机之间通信需求
01
02
03
数据传输需求
单片机之间需要进行数据 传输，以实现信息共享、 协同工作等功能。
实时性要求
单片机之间的通信需要满 足一定的实时性要求，以 确保数据传输的准确性和 及时性。
可靠性要求
单片机之间的通信需要具 备一定的可靠性，以避免 数据传输错误或丢失等问 题。
实验目标与意义
实验目标
通过搭建单片机之间的SPI总线通信实验平台，实现两个单片机之间的数据传 输，验证SPI总线通信的可行性和稳定性。
STM32之IO口模拟SPI
STM32之IO⼝模拟SPI本⽂介绍如何使⽤STM32标准外设库的GPIO端⼝模拟SPI，本例程使⽤PA5、PA6和PA7模拟⼀路SPI。
SPI有4种⼯作模式，模拟SPI使⽤模式0，即空闲时SCK为低电平，在奇数边沿采样。
本⽂适合对单⽚机及Ｃ语⾔有⼀定基础的开发⼈员阅读，MCU使⽤STM32F103VE系列。
1. 简介SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串⾏外围设备接⼝，是⼀种⾼速全双⼯的通信总线。
它被⼴泛地使⽤在要求通讯速率较⾼的场合。
SPI⽤于多设备之间通讯，分为主机Master和从机Slave，主机只有⼀个，从机可以有多个，通过⽚选信号对从机进⾏选择，⼀次只能选择⼀个从机。
通讯只能由主机发起，⽀持的操作分为读取和写⼊，即主机读取从机的数据，以及向从机写⼊数据。
SPI⼀般有4根线，分别是⽚选线SS、时钟线SCK、主设备输出\从设备输⼊MOSI、主设备输⼊\从设备输出MISO，其中除MISO对于主机为输⼊引脚外，其他引脚对于主机均为输出引脚。
因为有独⽴的输⼊和输出引脚，因此SPI⽀持全双⼯⼯作模式，即可以同时接收和发送。
2. 总线传输信号空闲状态：⽚选信号SS低电平有效，那么空闲状态⽚选信号SS为⾼。
开始信号及结束信号：开始信号需要将⽚选信号SS拉低，结束信号需要将⽚选信号SS拉⾼。
通讯模式：SPI有4种通讯模式，分别为0、1、2、3，根据时钟极性和时钟相位确定，时钟极性分别为空闲低电平和空闲⾼电平，时钟相位分别为SCK奇数边沿采样和偶数边沿采样。
常⽤的模式为模式0和模式3。
SPI模式时钟极性（空闲时SCK时钟）时钟相位（采样时刻）0低电平奇数边沿1低电平偶数边沿2⾼电平奇数边沿3⾼电平偶数边沿3. 时序说明以模式0举例说明：空闲状态：⽚选信号SS为⾼，SCK输出低电平。
开始信号：⽚选信号SS变低，SCK输出低电平。
结束信号：⽚选信号SS变⾼，SCK输出低电平。
SPI总线从机接口实时模拟的实现
SPI总线从机接口实时模拟的实现SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种用于串行通信的同步接口协议，常用于嵌入式系统中的外围设备之间的通信。
SPI总线由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备通过时钟信号控制数据的传输。
在实时模拟SPI总线从机接口时，我们需要实现以下几个关键的功能：1.时钟信号生成：SPI总线的通信是通过时钟信号来同步的，因此我们需要在从机接口中生成正确的时钟信号。
可以通过使用定时器或者外部时钟信号源，按照SPI总线的时序要求生成时钟信号。
2.数据收发：SPI总线的通信是全双工的，即可以同时收发数据。
从机接收主机发送的数据，同时向主机发送响应的数据。
我们需要实现数据的收发功能，可以通过串口或者并口方式将数据从主机传输到从机，同时将从机的响应数据传输回主机。
3.数据帧格式解析：SPI总线中的数据是按照一定格式进行传输的，我们需要在从机接口中解析数据帧的格式。
数据帧通常包括数据位、校验位、起始位和停止位等信息。
在接收数据时，需要正确解析数据帧的格式，提取出有效的数据，并进行校验。
4.状态监测：在实时模拟从机接口时，需要监测SPI总线状态的变化。
包括时钟信号的变化、数据收发的状态和错误状态等。
在监测到状态的变化时，应及时进行相应的操作，例如更新数据、发送响应等。
5.错误处理：在SPI总线通信中，可能会出现各种错误，如数据传输错误、时钟信号失效等。
我们需要在从机接口中实现错误的检测和处理机制，以保证数据的可靠传输。
实时模拟SPI总线从机接口的实现，需要根据具体的硬件平台和所使用的编程语言进行相应的开发。
通常可以借助现有的软件库或者开发工具来简化开发过程，如使用Arduino等开发板、C语言或Python等编程语言。
总之，实时模拟SPI总线从机接口的实现需要考虑时钟信号生成、数据收发、数据帧格式解析、状态监测和错误处理等关键功能。
通过合理的设计和开发，可以实现SPI总线从机接口在软件上的模拟，以满足相应的通信需求。
通过SPI接口协议实现DSP与其它设备的通信
通过SPI接口协议实现DSP与其它设备的通信
通过SPI（Serial Peripheral Interface）接口协议可以实现DSP（Digital Signal Processor）与其他设备的通信。
SPI是一种同步串行通信协议，常用于外围设备与主控制器之间的数据传输。
以下是基本的SPI通信步骤：
1. 确定SPI主设备和从设备的角色：DSP作为主设备，与其他设备进行通信。
2. 配置SPI主设备的工作模式：设置SPI主设备的时钟频率、数据位宽等参数。
3. 选中从设备：设置 SPI 的片选信号，选中需要进行通信的从设备。
4. 主设备发送数据：将需要发送的数据写入 SPI 的数据寄存器。
5. 数据传输：SPI 主设备将数据发送至从设备，从设备接收数据。
6. 从设备发送数据：从设备将需要发送的数据写入 SPI 的数据寄存器。
7. 数据传输：SPI 主设备接收从设备发送的数据，从设备接收数据。
8. 取消片选信号：取消 SPI 的片选信号，完成本次通信。
9. 重复前述步骤进行进一步通信。
具体实施需要根据DSP和其他设备的硬件和软件特性进行配置和实现。
一般可以使用DSP的SPI模块或者通过GPIO口模拟SPI接口来实现通信。
其中包括设置时钟频率，配置数据位宽，设置片选信号，发送和接收数据等操作。
具体的实现可以参考DSP和目标设备的数据手册以及SPI接口的规范。
SPI总线完全解读
SPI时序详解SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO;用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
SPI 主要特点有:可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等。
SPI总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。
SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。
如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。
SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
SPI时序详解---SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻SPI 接口有四种不同的数据传输时序，取决于CPOL和CPHL这两位的组合。
图1中表现了这四种时序，时序与CPOL、CPHL的关系也可以从图中看出。
图1CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL＝0，空闲电平为低电平，CPOL＝1时，空闲电平为高电平。
CPHA是用来决定采样时刻的，CPHA=0，在每个周期的第一个时钟沿采样，CPHA ＝1，在每个周期的第二个时钟沿采样。
由于我使用的器件工作在模式0这种时序（CPOL＝0，CPHA＝0），所以将图1简化为图2，只关注模式0的时序。
图2我们来关注SCK的第一个时钟周期，在时钟的前沿采样数据（上升沿，第一个时钟沿），在时钟的后沿输出数据（下降沿，第二个时钟沿）。
使用MCU的GPIO模拟SPI
用GPIO模拟SPI协议的实现一SPI协议概括SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。
是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。
SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200.SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。
也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。
（1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入（2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出（3）SCLK –时钟信号，由主设备产生（4）CS –从设备使能信号，由主设备控制其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。
这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
接下来就负责通讯的3根线了。
通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。
这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO 则基于此脉冲完成数据传输。
数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。
完成一位数据传输，输入也使用同样原理。
这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。
要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。
同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。
全功能SPI接口的设计与实现
SPI 串行通信接口是一种常用的标准接口，由于其使用简单方便且节省系统资源，很多芯片都支持该接口，应用相当广泛[1]。
但是现有文献和设计多数仅实现了SPI 接口的基本发送和接收功能，对SPI 接口的时序控制没有进行深入的研究。
全功能SPI 接口应具有四种不同的时钟模式，以适应具有不同时序要求的从控制器。
文中主要研究SPI 接口的时钟时序，并用具体电路实现具有4种不同极性和相位的时钟，最后通过仿真验证和FPGA 验证[2]。
1SPI 控制器典型结构SPI 模块中的典型结构是用于通信的主从2个控制器之间的连接，如图1所示。
由串行时钟线（SPICLK ）、主机输入从机输出线（SPISOMI ）、主机输出从机输入线（SPISIMO ）、SPI 选通线（SPISTE ）4条线组成[3]。
当CPU 通过译码向主控制器写入要传输的数据时，主控制器通过串行时钟线来启动数据传输，将会在串行时钟线的一个边沿将数据移出移位寄存器，而在串行时钟的另一个边沿将数据锁存在移位寄存器中。
SPI 选通线是SPI 控制器的使能端，可以选择多个从机，实现一主多从的结构，只要SPI 选通信号将要选的从机处的选通信号变为低电平就能够连接成功。
2全功能SPI 控制器设计2.1SPI 控制器内部结构SPI 控制器的原理框图如图2所示，其中主要包括：1）SPI 控制器的内部寄存器SPI 操作控制寄存器（SPICTL ），SPI 状态寄存器（SPISTS ），SPI 波特率设计寄存器（SPIBRR ），SPI 接收缓冲寄存器图1SPI 主从连接Fig.1Master -slave link全功能SPI 接口的设计与实现辛晓宁，孙文强（沈阳工业大学研究生学院，辽宁沈阳110870）摘要：SPI （Serial Peripheral Interface ，串行外围接口）是Motorola 公司提出的外围接口协议，它采用一个串行、同步、全双工的通信方式，解决了微处理器和外设之间的串行通信问题，并且可以和多个外设直接通信，具有配置灵活，结构简单等优点。
硬件学习之通信协议篇-SPI总线
一、概述SPI：Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口。
是由摩托罗拉在20世纪80年代中期开发的同步串行总线接口规范（带有时钟信号，通过时钟极性和时钟相位来控制采样，即同步传输）。
1、支持半双工、全双工通信模式。
2、没有流控制和应答机制来确认是否接收到数据（UART有校验或流控制）。
3、没有一个固定的传输速率规定，已有器件SPI输出速率达到50Mbps以上（I2C有明确规定速率）。
4、只能板内的短距离传输（RS232、RS485输出距离远）。
5、没有限制传输bit数量，常用的是8bit或9bit。
6、不需要硬件地址（I2C要地址），采用片选。
7、主从模式，一托多。
二、3线和4线模式3线SPI和4线SPI各个模式下信号定义：3线9bit I型接口信号：SCL、CS、SDA3线9bit II型接口信号：SCL、CS、SDO、SDI4线8bit I型接口信号：SCL、CS、DCX、SDA4线8bit II型接口信号：SCL、CS、DCX、SDO、SDI3线9bit2data Lane接口信号：SCL、CS、D0、D1对于3线或4线来区分，并不是信号线的数量，也不是网上说的半双工和全双工，或者数据线数量差异。
3线说的是时钟、片选、数据信号（不管是一根数据线，还是两根数据线），共三种信号。
4线说的是时钟、片选、数据信号、数据或命令控制线（确定发送的是数据还是命令），共4中信号。
三、SPI四种工作模式通过CPOL时钟极性和CPHA时钟相位的搭配来得到四种工作模式：CPOL时钟极性定义的是SCLK时钟线空闲状态时的电平CPOL=0，即SCLK=0，表示SCLK时钟信号线在空闲状态时的电平为低电平，因此有效状态为高电平。
CPOL=1，即SCLK=1，表示SCLK时钟信号线在空闲状态时的电平为高电平，因此有效状态为低电平。
CPHA时钟相位定义的是数据位相对于时钟线的时序（即相位）CPHA=0，即表示输出（out）端在上一个时钟周期的后沿改变数据，而输入（in）端在时钟周期的前沿（或不久之后）捕获数据。
基于SPI总线的双机通信系统设计
基于SPI总线的双机通信系统设计白明方;杨瑞峰【摘要】针对角位移测试系统的实际需要,设计了一种基于SPI总线的双机通信系统.简要阐述了该系统的设计思路,并给出了具体的实现方法.经实验,该系统可在5 MHz的时钟下传输数据,传输速度可达4 615 bit/s.该研究使角位移测试系统的功能得到了进一步拓展.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2010(025)006【总页数】2页(P181-182)【关键词】角位移;SPI串行通信协议;PIC16F877A;数据传输【作者】白明方;杨瑞峰【作者单位】中北大学,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西,太原,030051;中北大学,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西,太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分，在国民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用。
随着科学技术的不断进步，角位移测量技术已从传统的人工测量向由微处理器控制的测量方向发展，采用微处理器参与控制和进行数据处理、传输，已经成为提高测角系统可靠性，增强测角系统功能和实现自动化测试的重要手段之一。
角位移测试系统与其他外围设备，如无线传输、智能控制等的对接，实现功能扩展已成为目前研究的一个热点。
本文正是着眼于这种需求，利用系统现有的单片机开发了一种具有SPI接口的双机通信系统。
1 基本原理1.1 SPI的通信原理SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围接口）是由MOTOROLA公司在20世纪70年代末至80年代初最先推出的一种同步串行传输规范，也是一种单片机外设芯片串行扩展接口[1]。
本文采用了微芯公司的PIC单片机的SPI接口，它是在充分吸收了这两种规范优点的基础上开发出来的。
在PIC16F877A中配置了主控同步串行接口MSSP（Master Synchronous Serial Port）模块，兼容SPI和I2C两种串行通信模式。
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ＳＰＩ总线从机接口实时模拟的实现
收稿日期：２００５－０９－１５
作者简介：郭静华（１９７６－），女，黑龙江人，硕士研究生，研究方向为电子技术在农业中的应用。
ｚｈｏｎｇｇｕｏｇｕｏｊｉｎｇｈｕａ＠１２６．ｃｏｍ
＊通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｏｕｙａｎｇｂｌ＠１２６．ｃｏｍ
郭静华，欧阳斌林＊
（东北农业大学工程学院，哈尔滨
１５００３０）
摘要：ＭＣＳ５１系列单片机由于不带ＳＰＩ串行总线接口而限制了其在ＳＰＩ总线接口器件的使用。
文章介绍了
ＳＰＩ串行总线的特征和时序，并以双ＣＰＵ通信为例，给出了在５１系列单片机上利用中断实现ＳＰＩ串行总线通信的
方法和软件设计程序，从机在实现ＳＰＩ接口同时还可以完成其他操作任务。
关键词：ＳＰＩ总线；中断系统；８９Ｃ５２单片机中图分类号：ＴＰ２３
文献标识码：Ａ
ＳＰＩ
（Ｓｅｒｉａｌｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ）总线是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司提出的一个同步串行外设接口，用于ＣＰＵ与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
ＳＰＩ可以同时发出和接收串行数据，它只需４条线就可以完成ＭＣＵ与各种外围器件的通讯。
这些外围器件可以是简单的ＴＴＬ移位寄存器，复杂的ＬＣＤ显示驱动器，Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换子系统或其他的
ＭＣＵ［１］。
利用ＳＰＩ总线可在软件的控制下构成各种系统。
如１个主ＭＣＵ和几个从ＭＣＵ、几个从ＭＣＵ相互连接构成多主机系统（分布式系统）、１个主
ＭＣＵ和１个或几个从Ｉ／Ｏ设备所构成的各种系统
等。
在大多数应用场合，可使用１个ＭＣＵ作为主控机来控制数据，并向１个或几个从外围器件传送该数据。
从器件只有在主机发命令时才能接收或发送数据，其数据的传输格式是高位（ＭＳＢ）在前，低位（ＬＳＢ）在后。
一般而言，ＳＰＩ总线接口主要用于主从分布式的通信网络，只需４根Ｉ／Ｏ接口线，即可完成主从总线之间的数据通信。
这４根接口线分别为：时钟线
（ＳＣＬＫ）、数据输入线（ＭＯＳＩ）（主机输出从机输入）、数据输出线（ＭＯＳＯ）（主机输入从机输出）、片选线
（ＳＳ）。
根据时钟和触发不同ＳＰＩ总线可以分为４种，图１是其中一种ＳＰＩ工作时序。
１系统介绍
ＭＣＳ５１等系列单片机由于不带ＳＰＩ串行总线接
口而限制了其在ＳＰＩ总线接口器件的使用，但可以使用软件来模拟ＳＰＩ的操作，包括串行时钟、数据输入和数据输出［２］。
本文所介绍的ＳＰＩ总线实时系统既是在８９Ｃ５２单片机之间实现ＳＰＩ总线串行通信的功能。
系统结构见图２。
重点介绍从机ＳＰＩ的实现。
主ＣＰＵ的Ｐ３．４（选通线）接到从机的ＩＮＴ０口，Ｐ３．５
（时钟线）接到从机的ＩＮＴ１口。
选通和时钟都采用中断方式，以提高系统的实时性能。
图１ＳＰＩ时序
Ｆｉｇ．１ＴｈｅＳＰＩｗｏｒｋｓｅｑｕｅｎｃｅ
图２系统结构
Ｆｉｇ．２Ｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
第３８卷第５期东北农业大学学报３８（５）：６６９￣６７１
２００７年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｏｃｔ．２００７
文章编号
１００５－９３６９
（２００７）０５－０６６９－
０３
图４从机的ＳＰＩ程序流程
Ｆｉｇ．４ＳＰＩＰｒｏｇｒａｍｂｌｏｃｋｏｆｔｈｅｓｌａｖｅｃｏｍｐｕｔｅｒ
１．１主从机通信协议
主从机均工作在方式２，主机定时向从机发中
断进行初始化或接收所需数据，从机采用中断方式，ＳＳ由从机的外中断０实现响应，ＣＬＫ由从机的外中断１实现响应。
主机和从机之间每次作业为
５个字节。
所完成的任务都被定义为不同的命令
字，一个命令字代表ＣＰＵ将要完成的一种任务。
主机要发出（即下传）一帧数据对从机的某些功能进行设置，数据帧的第１个字节是命令字，随后３个字节是数据，第５个字节是总和校验。
从机上传时数据帧的前４个字节为数据位，第５个字节是命令字。
１．２系统软件设计
程序流程见图３。
本文主要介绍ＳＰＩ中外中断
及实时性的应用，所以，对主机的软件不做详细介绍，从机的两个外中断流程见图４。
图３
主机的ＳＰＩ程序流程
Ｆｉｇ．３
ＴｈｅｆｌｏｗｏｆＳＰＩｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒｐｒｏｇｒａｍ
从机的初始化过程（即主机输出，从机输入）：从机首先响应外中断０，完成位变量、字节变量初使化；接着响应外中断１，每响应一个外中断１就是一个ＣＬＫ，在ＣＬＫ的下降沿完成１ｂｉｔ数据的接收，１ｂｉｔ接收结束后，对是否完成８ｂｉｔ进行判断，若已经完成８ｂｉｔ的数据的接收，字节指针＋＋，对是否完成５个字节的接收进行判断，若完成则数据帧结束标志Ｆｌａｇ＿ｃｏｍ置１；若８ｂｉｔ的接收尚未完成，继续接收下一
个ｂｉｔ。
从机上传数据和接收数据的中断响应过程是一样的，因此不再介绍。
２系统实时性体现
本系统的另一个重要特征就是系统的实时性，
即从机响应外中断０和外中断１时，不影响从机的其他操作。
具体体现在对温度的采集、及送ＬＥＤ显示。
从机的主程序流程见图５。
·６７０·东北农业大学学报第３８
卷
ＴｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＳＰＩｂｕｓｓｌａｖｅｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｒｅａｌｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＧＵＯＪｉｎｇｈｕａ，ＯＵＹＡＮＧＢｉｎｌｉｎ
（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｕｅｔｏｎｏＳＰＩｓｅｒｉａｌｂｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎＭＣＳ５１ｓｃｍ，ＭＣＳ５１ｓｃｍｃｏｕｌｄｎ＇ｔｕｓｅＳＰＩｂｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ．ＴｈｅｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄＳｅｑｕｅｎｃｅｏｆＳＰＩｓｅｒｉａｌｂｕｓ．ＴａｋｅｄｏｕｂｌｅＣＰＵｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｓｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄＳＰＩｓｅｒｉａｌｂｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍａｋｉｎｇｕｓｅｏｆｉｎｔｅｒｒｕｐｔｏｎＭＣＳ５１ｓｃｍ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐａｐｅｒｓｈｏｗｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｇｒａｍ．ＴｈｅｓｌａｖｅｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｕｌｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔＳＰＩｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｓｋｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＰＩｂｕｓ；ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；８９Ｃ５２ｓｃｍ
由上可知，从机响应外中断的同时可以利用
１８Ｂ２０采温度、送ＬＥＤ显示或控制Ｉ／Ｏ口。
而且ＳＰＩ接口数据的处理、系统４路温度的采集及显
示，循环往复，互不影响，从而实现了从机的实时性。
３结论
本文利用８９Ｃ５２单片机完成了从机的ＳＰＩ接口的设计。
片选和时钟都采用外中断方式提高了系统对数据的实时采集性能，而且附加的通信协议增强了通信的可靠性。
另外由于采用模块化设计，可以根据从机的情况灵活地配置系统，提高设计的可靠性，且８９Ｃ５２芯片价格便宜，因此具有较高的性价比。
经调试后，系统可完成ＳＰＩ接口、数据采集
及显示且相互之间不会冲突，达到了预期目的。
［
参
考
文
献
］
［１］马忠梅，籍顺心，张凯，等．单片机的Ｃ语言应用程序设计［Ｍ］．
北京：北京航空航天大学出版社，１９９８．
［２］宗光华，李大寨．多单片机系统应用技术［Ｍ］．北京：国防工业出版
社，２００３．
图５
从机的程序流程
Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｆｌｏｗｏｆｔｈｅｓｌａｖｅｃｏｍｐｕｔｅｒｐｒｏｇｒａｍ
郭静华等：ＳＰＩ总线从机接口实时模拟的实现·６７１·
第５
期。