SPI的组成
SPI系统中四根线为串行时钟引脚SCK、从机选择引脚SS(Slave Select)、主出从入引脚MOSI、主入从出引脚MISO，如果从机不需要向主机发送消息的情况下，可以不需要主入从出引脚MISO。
1.串行时钟引脚SCK
SCK用于控制主机和从机之间的数据传输。时钟信号由主机提供，从主机的SCK引脚输出给从机的SCK引脚，由主机控制传输的速度。一次传输中，从主机SCK引脚中输出自动产生的8个时钟周期信号，SCK信号的一个沿跳变进行一位数据移位传输。
2.从机选择引脚SS
在主机方式下工作，引脚SS为高电平；在从机方式下工作，引脚SS设置为低，则表示主机选中了该从机，引脚SS设置为高，表示主机未选中该从机。
在一个主MCU带多个从属MCU的系统中，主MCU的引脚SS直接接高电平，从机MCU的引脚SS接主机的IO口，由主机输出低/高电平表明主机是/否选中该从机。
3.主出从入引脚MOSI
主机发出启动信号开始，主机将要传送的数据装入8位移位寄存器，同时产生8个时钟信号依次从SCK引脚送出，在SCK信号的控制下，主机中的8位移位寄存器中的数据依次从MOSI引脚送出到从机的MOSI引脚再送到从机的8位移位寄存器。
4.主入从出引脚MISO
主机发出启动信号开始，从机收到启动信号后，从机将要传送的数据装入8位寄存器，根据主机发过来的时钟信号，在SCK信号的控制下，从机中的8位移位寄存器中的数据依次从MISO引脚送出到主机的MISO引脚再送到主机的8位寄存器。
SPI的时序
由于SPI的数据传输是在时钟信号SCK(同步信号)的控制下完成的，就会产生不取数的时候空闲电平的选择以及什么时候去取数的问题。空闲电平为低，那么SPI的时钟极性CPOL就为0，空闲电平为高，那么SPI的时钟极性CPOL就为1。当数据采样是在第一个边沿，时钟相位则为0，数据采样在第二个边沿时，时钟相位为1。根据这两个性质的选择，就会有4种可能情况。
1.CPOL = 0，CPHA = 0
平时处于低电平，在数据上线半个周期后，处于稳定状态时，接收方此时开始采集数据，再半个周期后，时钟信号又达低电平，此时可以更换数据，在半个小时后的上升沿时又采集一次数据，以此类推。这种模式决定接收方会在时钟的上升沿时取数。
2.CPOL = 1，CPHA = 0
与第一种的区别是，该情况下平时处于高电平，同样接收方会在数据上线半个周期后开始取数。这种模式决定接收方会在时钟的下降沿时取数。
3.CPOL = 0，CPHA = 1
与第一种的区别时，该情况下接收方会在第二个跳变沿开始取数，那么此时数据不需要提前上线，由于平时是低电平，第一次跳变沿为上升沿，第二次跳变沿为下降沿。所以这种模式决定接收方会在时钟的下降沿时取数。
4.CPOL = 1， CPHA = 1
与第一种模式相反，平时处于高电平，接收方会在第二个跳变沿开始取数，数据不提前上线，第二个跳变沿为上升沿。这种模式就会决定接收方会在时钟的上升沿时取数。
SPI构件设计
SPI构件主要有初始化SPI_init，发送一字节数据SPI_send1，发送多个字节数据SPI_sendN，接收一字节数据SPI_receive1，接收多个字节数据SPI_receiveN，打开SPI接收中断SPI_enable_re_int，关闭SPI接收中断SPI_disable_re_int。
在从机不回发的情况下，主机主要使用到的函数有SPI_init，SPI_sendN(N*SPI_send1)。
从机主要使用到的函数有SPI_init，SPI_receiveN(N*SPI_receive1)，SPI_enable_re_int，SPI_disable_re_int。
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int main()
{
SPI_init(SPI_0,1,6000,0,0);
SPI_init(SPI_1,0,6000,0,0);
SPI_enable_re_int(SPI_1);
for(;;)
{
SPI_send1(SPI_0,TransferTemp);
TransferTemp++;
}
}
void SPI_Handler()
{
uint_8 redata;
redata = SPI_receive1(SPI_1);
}
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各函数主要功能设计如下：
SPI_init
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| void SPI_init(uint8_t No, uint8_t MSTR, uint16_t BaudRate, uint8_t CPOL, uint8_t CPHA)
{
uint8_t BaudRate_High;
uint8_t BaudRate_Low;
uint8_t BaudRate_Mode;
if(No < 0 || No > 1)
No = 0;
if(No == 0)
{
BSET(SIM_SCGC4_SPI0_SHIFT,SIM_SCGC4);
#if(SPI_0_GROUP == 1)
PORTD_PCR0 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTD_PCR1 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTD_PCR2 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTD_PCR3 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
#endif
#if(SPI_0_GROUP == 2)
PORTA_PCR14 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTA_PCR15 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTA_PCR16 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTA_PCR17 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
#endif
#if(SPI_0_GROUP == 3)
PORTC_PCR4 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTC_PCR5 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTC_PCR6 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
PORTC_PCR7 = (0|PORT_PCR_MUX(0x02));
#endif
SPI0_C1 = 0x00;
BSET(SPI_C1_SPE_SHIFT, SPI0_C1);
(MSTR == 1)?BSET(SPI_C1_MSTR_SHIFT, SPI0_C1):BSET(SPI_C1_SPIE_SHIFT, SPI0_C1);
(CPOL == 0)?BCLR(SPI_C1_CPOL_SHIFT, SPI0_C1):BSET(SPI_C1_CPOL_SHIFT, SPI0_C1);
(CPHA == 0)?BCLR(SPI_C1_CPHA_SHIFT, SPI0_C1):BSET(SPI_C1_CPHA_SHIFT, SPI0_C1);
BSET(SPI_C1_SSOE_SHIFT, SPI0_C1);
SPI0_C2 = 0x00;
if(MSTR == 1) BSET(SPI_C2_MODFEN_SHIFT, SPI0_C2);
SPI_BR = 0x00U;
BaudRate_High = 0;
BaudRate_Low = 0;
BaudRate_Mode = 12000/BaudRate;
while(BaudRate_Mode%2 == 0)
{
BaudRate_Mode = BaudRate_Mode/2;
BaudRate_Low++;
}
BaudRate_High = --BaudRate_Mode;
SPI0_BR = BaudRate_High<<4;
SPI0_BR |= BaudRate_Low;
}
else
{
}
}
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SPI_send1
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| uint_8 SPI_send1(uint8_t No, uint8_t data)
{
uint32_t i;
SPI_MemMapPtr baseadd = SPI_baseadd(No);
while(!(SPI_S_REG(baseadd)&SPI_S_SPTEF_MASK));
SPI_D_REG(baseadd) = data;
for(i = 0; i < 0xFFF0; i++)
{
if((SPI_S_REG(baseadd)&SPI_S_SPTEF_MASK))
{
return(1);
}
}
return(0);
}
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SPI_sendN
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| void SPI_sendN(uint8_t No, uint8_t n, uint8_t data[])
{
uint32_t k;
SPI_MemMapPtr baseadd = SPI_baseadd(No);
for(k = 0; k < n; k++)
{
while(!(SPI_S_REG(baseadd)&SPI_S_SPTEF_MASK));
SPI_D_REG(baseadd) = data[k];
SPI_S_REG(baseadd) != SPI_S_SPTEF_MASK;
}
}
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SPI_receive1
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| uint8_t SPI_receive1(uint8_t No)
{
SPI_MemMapPtr baseadd = SPI_baseadd(No);
while(!(SPI_S_REG(baseadd) & SPI_S_SPRF_MASK));
return SPI_D_REG(baseadd);
}
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SPI_receiveN
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| uint8_t SPI_receive1(uint8_t No, uint8_t n, uint8_t data[])
{
SPI_MemMapPtr baseadd = SPI_baseadd(No);
uint32_t m = 0;
while(m < n)
{
if(SPI_S_REG(baseadd) & SPI_S_SPRF_MASK)
{
data[m] = SPI_D_REG(baseadd);
m++;
}
}
return (1);
}
|
SPI寄存器
SPI需要用到6个8位寄存器，其中含有两个控制寄存器，一个波特率寄存器，一个状态寄存器，一个数据寄存器，一个匹配寄存器。
1.两个控制寄存器SPIx_C1，SPIx_C2中，SPIx_C1主要负责SPI使能控制、中断使能和配置选项(主从模式选择、时钟极性位选择、时钟相位位选择、移位器方向选择)。SPIx_C2。。。。。。
2.波特率寄存器SPIx_BR。该寄存器用于位一个SPI主机设定标器和位速率分频因子。该寄存器的8位分别为D7(保留位)，D6-D4(SPPR-SPI波特率预分频系数)，通过这三位位段可以得到SPI波特率预分频系数。SPPR[2:0]所表示的十进制数为x(0-7)，则预分频系数SPPR=x+1(1-8)。输入为总线速率时钟(BUSCLK)，输出驱动SPI波特率系数的输入。以及D3-D0(SPR-SPI波特率系数)，通过这四位位段可以得到波特率系数。SPR[3:0]所表示的十进制数为y(0-7)，则波特率系数SPR=2^(y+1)(2-256)。其输入来自SPI波特率预分频器，输出是主模式的SPI波特率时钟。
SPI主模式波特率 = f_BUSCLK /(SPPR×SPR)，其中f_BUSCLK为总线时钟，SPPR和SPR可分别由SPI波特率预分频系数和SPI波特率系数得出。
3.状态寄存器SPIx_S。该寄存器主要用于SPI发送和接收缓存区满空的判断和设置，其中4个只读状态位(D7-D4)。D7位SPRF(SPI Receive Flag)为SPI接收缓冲器满标志。在一次SPI传输完成时，SPRF被置位，表明接收到的数据可以从SPI数据寄存器(SPI_D)读取。当SPRF被置位时，通过读SPRF，然后读取SPI数据寄存器，可将其清除。D6位SPMF(SPI Match Flag)为SPI匹配标志。表明接收数据缓冲区的值是否与匹配寄存器中的值相同，硬件值与软件值进行比对。D5位SPTEF(SPI Transmit Empty Flag)位SPI发送缓冲器空标志。表明发送缓冲区是否为空。通过读取SPIx_S,可将其清除。并且在向SPIx_D写数据之前，需要清SPTEF位，否则写入无效。在DMA方式下，产生DMA请求后，SPTEF自动清除0。D4位MODF为主模式故障标志。。。。。。
4.数据寄存器SPIx_D。读取该寄存器将返回从接收数据缓冲器中读取的数据。写该寄存器将会把数据写入发送数据缓冲器。当SPI被设置为主模式时，写入数据到传输数据缓冲器发起一次SPI传输。除非SPI发送缓冲器空标志(SPTEF)被置位，数据不应被写入到发送数据缓冲器，表明发送缓冲器内有空间来排列一个新的发送字节。在SPRF置位后且另以传输完成之前的任意时刻，数据都可以从SPID中被读取。在一个新的传输完成前，从接收数据缓冲器读出数据失败，将会引起一个接收丢包状态，并且新传输的数据也会丢失。
5.匹配寄存器SPIx_M。此寄存器存储硬件比较值，用来与SPI接收数据缓冲区中的值进行比较。当SPI接收数据缓冲区收到的值等于此硬件比较值时，SPI匹配标志(SPMF)置位。
GPIO模拟SPI
利用GPIO模拟SPI主要通过对使用四个GPIO引脚分别对应SS引脚、SCLK引脚、MOSI引脚、MISO引脚，利用延时函数模拟时钟周期，进行对SPI通信的模拟
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| #define SS GPIO0
#define SCLK GPIO1
#define MOSI GPIO2
#define MISO GPIO3
#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
void SPI_init()
{
Set_GPIO_Direction(SS, OUTPUT);
Set_GPIO_Direction(SCLK, OUTPUT);
Set_GPIO_Direction(MOSI, OUTPUT);
Set_GPIO_Direction(MISO, INPUT);
Set_GPIO_Value(SCLK, 0);
Set_GPIO_Value(MOSI, 0);
}
void SS_Enable(int enable)
{
if(enable) Set_GPIO_Value(SS, 0);
else Set_GPIO_Value(SS, 1);
}
void SPI_Write1(uint8_t ch)
{
for(int i = 7; i >= 0; i--)
{
Set_GPIO_Value(SCLK, 0);
Set_GPIO_Value(MOSI, ch&(1<<i));
Delay();
Set_GPIO_Value(SCLK, 1);
Delay();
}
}
uint8_t SPI_Read1()
{
uint8_t ch;
for(int i = 0; i < 8; i++)
{
Set_GPIO_Value(SCLK, 0);
Delay();
Set_GPIO_Value(SCLK, 1);
ch = (ch<<1) | Get_GPIO_Value(MISO);
Delay();
}
return ch;
}
void SPI_Write(uint8_t* buf, int len)
{
SS_Enable(1);
Delay();
for(int i = 0; i < len; i++) SPI_Write1(buf[i]);
Delay();
SS_Enable(0);
}
void SPI_Read(uint8_t* buf, int len)
{
SS_Enable(1);
Delay();
for(int i = 0; i < len; i++) buf[i] = SPI_Read1();
Delay();
SS_Enable(0);
}
|
