SPI串行总线协议
一、SPI接口简介
SPI（Serial Peripheral interface－－串行外设接口）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。该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出线（MISO）、主机输出/从机输入线（MOSI）和从机选择线SS。
SPI是一个环形总线结构，由SS(CS)、SCK、SDI、SDO构成，其时序比较简单，主要是在SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。
主要概括为：
上升沿发送、下降沿接受，高位在前、低位在后；
上升沿到来时，SDO电平将被送到从设备的寄存器中；下降沿到来时，SDI电平将被接收到主设备的寄存器中。
下面是主从机准备就绪，主机sbuff=0xaa（1010101010），从机sbuff=0x55（01010101），数据根据SPI协议传输过程：
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脉冲 主机sbuff 从机sbuff sdi sdo
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0 00-0 10101010 01010101 0 0
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1 0--1 0101010x 10101011 0 1
1 1--0 01010100 10101011 0 1
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2 0--1 1010100x 01010110 1 0
2 1--0 10101001 01010110 1 0
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3 0--1 0101001x 10101101 0 1
3 1--0 01010010 10101101 0 1
---------------------------------------------------
4 0--1 1010010x 01011010 1 0
4 1--0 10100101 01011010 1 0
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5 0--1 0100101x 10110101 0 1
5 1--0 01001010 10110101 0 1
---------------------------------------------------
6 0--1 1001010x 01101010 1 0
6 1--0 10010101 01101010 1 0
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7 0--1 0010101x 11010101 0 1
7 1--0 00101010 11010101 0 1
---------------------------------------------------
8 0--1 0101010x 10101010 1 0
8 1--0 01010101 10101010 1 0
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其中：0－1表示上升沿、1－0表示下降沿；SDI、SDO是相对于主机来说的。
主机发送、从机接收过程：0脉冲时，主机sbuff=10101010，从机sbuff=01010101，SDI=0,SDO=0,在第一个上升沿到来时，主机发送（从机接收），将最高位“1”传到SDO；接着是第一个下降沿，此时，主机接收（从机发送），从机将SDO的“1”移入从机sbuff的最低位，从机sbuff为10101011，主机sbuff为01010100，接着是第二个上升沿到来时，主机发送（从机接收），将最高位“0”传到SDO；接着是第二个下降沿，此时，主机接收（从机发送），从机将SDO的“0”移入从机sbuff的最低位，从机sbuff为01010110，主机sbuff为10101001；经过8个时钟周期后就可将数据接收完毕。
二、8051与74HC595应用
为了验证SPI总线，将8051与串行外设74HC595(8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器)相连进行并用595驱动流水灯。
电路图如下所示：
74HC595引脚功能：
74595的数据端：
Q0—Q7: 八位并行输出端
Q7’: 级联输出端。我将它接下一个595的SI端。
DS: 串行数据输入端。
74595的控制端说明：
SCLR(10脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常将它接Vcc。
SCK(11脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。Q0-->Q1-->Q2-->...-->Q7；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级）
RCK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCK置为低电平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。
OE(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。
三、程序设计
8051系列单片机一般是没用SPI接口的，后面的89系列有些是带有SPI接口的，所以，这里我们用8051来模拟SPI接口跟595进行通信，单片机每隔50MS向595输出一个数据，形成流水灯现象：
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
sbit sclk=P2^0; //串行移位时钟
sbit sda=P2^1; //MOSI
sbit clk=P2^2; //595的数据更新脉冲，上升沿有效
void Delay(int n) //延时1ms子程序
{
int x,y;
for(x=0;x<110;x++)
for(y=0;y<n;y++);
}
void send(char byte)
{
char i;
sclk=0;
clk=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
sclk=0;
if(byte&0x80)sda=1;
else sda=0;
byte<<=1;
_nop_(); //延时，用来控制SPI时钟频率
_nop_();
sclk=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
clk=1;
}
void main ()
{
char i=0;
while(1)
{
for(i=0;i<8;i++) //去
{
send(~(1<<i));
Delay(50);
}
for(i=6;i>0;i--) //回
{
send(~(1<<i));
Delay(50);
}
}
}
![处理PCX文件[图]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)