AVR单片机串行接口SPI接口应用设计

liyf

　　使用的同步串行三线SPI接口，可以方便的连接采用SPI通信协议的外围或另一片AVR单片机，实现在短距离内的高速同步通信。ATmega128的SPI采用硬件方式实现面向字节的全双工3线同步通信，支持主机、从机和2种不同极性的SPI时序，通信速率有7种选择，主机方式的最高速率为1/2系统时钟，从机方式最高速率为1/4系统时钟。
　　ATmega128单片机内部的SPI接口也被用于程序存储器和数据E2PROM的编程下载和上传。但特别需要注意的是，此时SPI的MOSI和MISO接口不再对应PB2、PB3引脚，而是转换到PE0、PE1引脚上(PDI、PDO)，其详见第二章中关于程序存储器的串行编程和校验部分的内容。
　　ATmega128的SPI为硬件接口和传输完成中断申请，所以使用SPI传输数据的有效方法是采用中断方式+数据缓存器的设计方法。在对SPI初始化时，应注意以下几点：
　　.正确选择和设置主机或从机，以及工作模式(极性)，数据传输率;
　　.注意传送字节的顺序，是低位优先(LSB First)还是高位优先(MSB Frist);
　　.正确设置MOSI和MISO接口的输入输出方向，输入引脚使用上拉电阻，可以节省总线上的吊高电阻。
　　下面一段是SPI主机方式连续发送(接收)字节的例程：
　　#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; //从ISP口读出收到的字节
　　If (++Rx_wr_index == SIZE) Rx_wr_index = 0; //放入接收缓冲区，并调整队列指针
　　If (++Rx_counter == SIZE)
　　{
　　Rx_counter = 0;
　　Rx_buffer_overflow = 1;
　　}
　　If (Tx_counter) //如果发送缓冲区中有待发的数据
　　{
　　--Tx_counter;
　　SPDR = SPI_tx_buff[Tx_rd_index]; //发送一个字节数据，并调整指针
　　If (++Tx_rd_index == SIZE) Tx_rd_index = 0;
　　}
　　}
　　Unsigned Char GetSPIchar(Void)
　　{
　　Unsigned Char Data;
　　While (Rx_counter == 0); //无接收数据，等待
　　Data = SPI_rx_buff[Rx_rd_index]; //从接收缓冲区取出一个SPI收到的数据
　　If (++Rx_rd_index == SIZE) Rx_rd_index = 0; //调整指针
　　CLI();
　　--Rx_counter;
　　SEI();
　　Return Data;
　　}
　　Void PutSPIchar(Char C)
　　{
　　While (Tx_counter == SIZE);//发送缓冲区满，等待
　　CLI();
　　If (Tx_counter || ((SPSR & 0x80) == 0))//发送缓冲区已中有待发数据
　　{ //或SPI正在发送数据时
　　SPI_tx_buffer[Tx_wr_index] = C; //将数据放入发送缓冲区排队
　　If (++Tx_wr_index == SIZE) Tx_wr_index = 0; //调整指针
　　++Tx_counter;
　　}
　　Else
　　SPDR = C; //发送缓冲区中空且SPI口空闲，直接放入SPDR由SIP口发送
　　SEI();
　　}
　　Void Spi_init(Void)
　　{
　　Unsigned Chat Temp;
　　DDRB |= 0x080; //MISO=Input And MOSI,SCK,SS = Output
　　PORTB |= 0x80; //MISO上拉电阻有效
　　SPCR = 0xD5; //SPI允许，主机模式，MSB，允许SPI中断，极性方式01，1/16系统时钟速率
　　SPSR = 0x00;
　　Temp = SPSR;
　　Temp = SPDR; //清空SPI，和中断标志，使SPI空闲
　　}
　　Void Main(Void)
　　{
　　Unsigned Char I;
　　CLI(); //关中断
　　Spi_init(); //初始化SPI接口
　　SEI(); //开中断
　　While()
　　{
　　PutSPIchat(I); //发送一个字节
　　I++;
　　GetSPIchar(); //接收一个字节(第一个字节为空字节)
　　………
　　}
　　}
　　这个典型的SPI例程比较简单，主程序中首先对ATmega128的硬件SPI进行初始化。在初始化过程中，将PORTB的MOSI、SCLK和SS引脚作为输出，同时将MISO作为输入引脚，并打开上拉电阻。接着对SPI的寄存器进行初始化设置，并空读一次SPSR、SPDR寄存器(读SPSR后再对SPDR操作将自动清零SPI中断标志自动清零)，使ISP空闲等待发送数据。
　　AVR的SPI由一个16位的循环移位寄存器构成，当数据从主机方移出时，从机的数据同时也被移入，因此SPI的发送和接收在一个中断服务中完成。在SPI中断服务程序中，先从SPDR中读一个接收的字节存入接收数据缓冲器中，再从发送数据缓冲器取出一个字节写入SPDR中，由ISP发送到从机。数据一旦写入SPDR，ISP硬件开始发送数据。下一次ISP中断时，表示发送完成，并同时收到一个数据。类似本章介绍的USART接口的使用，程序中PutSPIchar()和GetSPIchar()为应用程序的底层接口函数(SPI驱动程序是SPI中断服务程序)，同时也使用了两个数据缓冲器，分别构成循环队列。这种程序设计的思路，不但程序的结构性完整，同时也适当的解决了高速MCU和低速串口之间的矛盾，实现程序中任务的并行运行，提高了MCU的运行效率。
　　本例程是通过SPI批量输出、输入数据的示例，用户可以使用一片ATmega128，将其MOSI和MISO两个引脚连接起来，构成一个ISP接口自发自收的系统，对程序进行演示验证。需要注意，实际接收到的字节为上一次中断时发出的数据，即第一个收到的字节是空字节。
　　读懂和了解程序的处理思想，读者可以根据需要对程序进行改动，适合实际系统的使用。如在实际应用中外接的从机是一片SPI接口的温度芯片，协议规程为：主机先要连续发送3个字节的命令，然后从机才返回一个字节的数据。那么用户程序可以先循环调用PutSPIchar()函数4次，将3个字节的命令和一个字节的空数据发送到从机，然后等待一段时间，或处理一些其它的操作后，再循环调用GetSPIchar()函数4次，从接收数据缓冲器中连续读取4个字节，放弃前3个空字节，第4个字节即为从机的返回数据了。