时钟极性与spi通信原理

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1、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=O,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。图3 CPHA=O时SPI总线数据传输时序MOS IMIS(JJW2X 、X M 7fXLSI， X图4 CPHA=1时SPI总线数据传输时序(CKPOI.-I.CK Cj5C

2、K(I KKM. I-CKFIIA l|f-餡匸在式施納毎帥II旳图205主方式数据，时钟时序图利用51单片机实现SPI总线通信一：题目及要求1：基本内容1.1：理解51单片机和SPI总线通信的特性和工作原理；1.2:以51单片机为核心分别设计SPI总线通信发送及接收电路；1.3:熟练应用C语言或 汇编语言编写程序；1.4:应用Protues软件完成仿真，仿真结果需包括示波器波形，通过一定的方式（如LED 灯、LED显示器等）显示发送和接受数据结果；1.5:下载程序到开发板，实现串口通信功 能（选做）；1.6：提交设计报告。2：基本要求本设计采用三线式SPI总线，一条时钟线SCK, 条数据输入

3、线MOSI, 条数据输出线 MISO。时钟极性CPOL=0，时钟相位CPHA=0。二：设计思路1：掌握51单片机和SPI总线通信的工作原理；2：利用1中的原理设计SPI总线通信发送 和接受电路；3：编程模拟SPI时序，包括串行时钟、数据输入和输出；4：利用Protues 软件仿真，观察结果；5：顺利仿真后，下载到开发板实现串行通信功能。三：设计过程及内容1： SPI总线简介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 （微控制器）与各种外 围设备以串行方

4、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）。同时传输速度也很高。一般来说要求主设备要有SPI 控制器（也可用模拟方式），

5、就可以与基于SPI的芯片通讯了。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。当一个主控机通过SPI与几种不同的串行I / O芯片相连时，必须使用每片的允许控制 端，这可通过MCU的I/O端口输出线来实现。但应特别注意这些串行I / O芯片的输入输 出特性：首先是

6、输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。平时未选中芯片时，输出端应 处于高阻态。若没有三态控制端，则应外加三态门。否则MCU的MISO端只能连接1个输 入芯片。其次是输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端。因为只有在此芯片允许时， SCK脉冲才把串行数据移入该芯片；在禁止时，SCK对芯片无影响。若没有允许控制端， 则应在外围用门电路对SCK进行控制，然后再加到芯片的时钟输入端；当然，也可以只在 SPI总线上连接1个芯片，而不再连接其它输入或输出芯片。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下， 数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总

7、体来说比2C总线要 快，速度可达到几Mbps。2： SPI总线工作原理SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通 信以交换信息。SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR,状态寄存器SPSR,数据寄存 器。外围设备、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。接口包括以下四种信号：(1) MOSI -主器件数据输出，从器件数据输入；(2) MISO -主器件数据输入，从 器件数据输出；(3) SCLK -时钟信号，由主器件产生；(4) SS -从器件使能信号，由主器件控制，有的IC会标注为CS(Chip select)。在点对点 的通信中，S

8、PI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。3：电路设计设计的电路，利用两片AT89C52芯片，一片做为发送模块，一片做为接收模块。分别编写 发送和接收程序，实现数据的发送和接受。通过LED显示接收到的数据。通过示波器观察 输出的波形。4：编写程序根据设计好的电路及题目要求分别编写数据发送程序和数据接收程序。：数据发送程序#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long/#include vREG52.H#includevSTDIO.H/sbit SPICLK = P1A

9、0;/s 时钟信号sbit MOSI = PHI； 主器件数据输出，从器件数据输入sbit MISO = P1A2; 主器件数据输入，从器件数据输出sbit SS = P1A3; 从器件使能信号void Dat_Transmit(uchar dat) 发送数据程序 uchar i,datbuf;datbuf=dat;SS=1;while(SS);for(i=0;iv8;i+)while(SPICLK);if(datbuf&0x80)MISO=1;else MISO=0;datbuf=(datbufvvl);while(SPICLK);void main(void)uchar i;while(l

10、)for(i=0;iv10;i+)Dat_Transmit(i);2.数据接收程序#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long/ #include vREG52.H#includevSTDIO.H/sbit SPICLK = P1A0;时钟信号sbit MOSI = P1A1; 主器件数据输出，从器件数据输入 sbit MISO = P1A2;/主器件数据输入，从器件数据输出 sbit SS = P1A3;/从器件使能信号/void Nop(void)void Delay(ucha

11、r t)while(t-);uchar Data_Receive(void)数据接收程序uchar i,dat=0,temp;bit bt;SPICLK=1;MISO=1;ss=o；选中器件Nop();Nop();for(i=0;i8;i+)SPICLK=1;Nop();Nop();Nop();SPICLK=0;Nop();Nop();bt=MISO;if(bt)temp=0x01;else temp=0x00;dat=(datvv1); dat=(datltemp);SS=1;SPICLK=1;return dat;void main(void)uchar exdat;uchar i=0;uchar code table10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F;P2=0;while(1)exdat=Data_Receive();exdat=Data_Receive();for(i=0;iv200;i+)Delay(200);5：电路仿真将数据发送程序生成的HEX文件载入到发送数据的模块，将数据接收程序生成的HEX文 件载入到接收数据的模块。在输出端口连接LED灯等到输出信息，利用示波器观察输出波 形。