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

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·

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期