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SPI總線在51系列單片機(jī)系統(tǒng)中的實現(xiàn)
摘要：MCS51系列、MCS96系列等單片機(jī)由于都不帶SPI串行總線接口而限制了其在SPI總線接口器件的使用。文中介紹了SPI串行總線的特征和時序，并以串行E2PROM為例，給出了在51系列單片機(jī)上利用I/O口線實現(xiàn)SPI串行總線接口的方法和軟件設(shè)計程序。關(guān)鍵詞：單片機(jī) SPI串行總線 總線接口
1 引言
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOST和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT或INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制即可實現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設(shè)計，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計的可靠性。由此可見，在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測控系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸速度要求不是太高時，使用SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。
2 SPI總線的組成
利用SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。如1個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、1個主MCU和1個或幾個從I/O設(shè)備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等。在大多數(shù)應(yīng)用場合，可使用1個MCU作為控機(jī)來控制數(shù)據(jù)，并向1個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機(jī)發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。SPI總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
當(dāng)一個主控機(jī)通過SPI與幾種不同的串行I/O芯片相連時，必須使用每片的允許控制端，這可通過MCU的I/O端口輸出線來實現(xiàn)。但應(yīng)特別注意這些串行I/O芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數(shù)據(jù)輸出是否有三態(tài)控制端。平時未選中芯片時，輸出端應(yīng)處于高阻態(tài)。若沒有三態(tài)控制端，則應(yīng)外加三態(tài)門。否則MCU的MISO端只能連接1個輸入芯片。其次是輸出芯片的串行數(shù)據(jù)輸入是否有允許控制端。因此只有在此芯片允許時，SCK脈沖才把串行數(shù)據(jù)移入該芯片；在禁止時，SCK對芯片無影響。若沒有允許控制端，則應(yīng)在外圍用門電路對SCK進(jìn)行控制，然后再加到芯片的時鐘輸入端；當(dāng)然，也可以只在SPI總線上連接1個芯片，而不再連接其它輸入或輸出芯片。
3 在MCS51系列單片機(jī)中的實現(xiàn)方法
對于不帶SPI串行總線接口的MCS51系列單片機(jī)來說，可以使用軟件來模擬SPI的操作，包括串行時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。對于不同的串行接口外圍芯片，它們的時鐘時序是不同的。對于在SCK的上升沿輸入（接收）數(shù)據(jù)和在下降沿輸出（發(fā)送）數(shù)據(jù)的器件，一般應(yīng)將其串行時鐘輸出口P1.1的初始狀態(tài)設(shè)置為1，而在允許接口后再置P1.1為0。這樣，MCU在輸出1位SCK時鐘的同時，將使接口芯片串行左移，從而輸出1位數(shù)據(jù)至MCS51單片機(jī)的P1.3口（模擬MCU的MISO線），此后再置P1.1為1，使MCS51系列單片機(jī)
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