1、精選優質文檔-傾情為你奉上基于單片機IO口模擬的SPI串行通信實現【摘要】基于單片機或ARM芯片的普通I/O口，模擬實現SPI串行通信。模擬SPI通信需嚴格時鐘時序，只有當主器件模擬的SPI時序與從器件的SPI時序完全一致時，才能實現SPI通信的正常數據交換。【關鍵詞】I/O口；SPI時序；主器件；從器件1.引言SPI（SeIial Peripheral Interfa即串行外圍設備接口）總線技術是一種高效率的串行接口技術，主要用于擴展外設和進行數據交換。在許多單片機中，已經作為一種標準配置。但某些應用非常廣泛的單片機并不帶標準SPI接口，這樣就限制了在這些系統中使用帶SPI接口的器件。解決該

2、問題的方法是使用單片機的普通I/O口通過軟件模擬的方式實現SPI串口通信，以滿足應用需求。此外，采用標準的SPI接口有很多局限性，在設備外圍開發和擴展增加負擔，而通過I/O口模擬實現SPI通信將不受這些限制，可輕松實現其外圍開發和擴展，靈活性更大；通過I/O口模擬SPI通信，其通用性和可移植性強，實現簡單、方便。2.SPI總線概述SPI通信的總線形式一般采用4線制，即為使能控制線SN、始終控制線SCLK、主出從入線MOSI和主入從出線MISO。可實現一個主控制器掛接多個從控制器，如圖1所示，為SPI總線框圖。使能控制線SN完成對從控制器的片選，當需要與某個控制通信時，將SN置于打開（高或者低，

3、根據不同芯片分別對待）狀態，使從控制器處于可通信狀態，同時時鐘控制線SCLK用于控制SPI通信的時序，該時序需與從控制器的SPI時序保持完全一致，這樣才能保證SPI通信的實現。主出從入線MOSI為SPI串口通信數據輸出線，主入從出線MISO為SPI串口通信數據輸入線。當主控制器MCU只與一個從控制器通信或所選從控制器無使能控制端時，使能控制線SN可不用，即3線制SPI通信，也可實現模擬SPI通信。3.SPI通信時序控制相對于標準的SPI通信接口，通過I/O口模擬的SPI通信，其模擬時序要求很嚴格，即主控制器模擬的SPI時序必須與從控制器的SPI通信時序保持一致，否則會導致在通信時出現接收不到數

4、據或是接收數據錯誤的情況。SPI通信的時序控制是通過時鐘控制線SCLK來模擬完成的。所以說，嚴格、標準的SPI時序是完成SPI通信的關鍵。時鐘控制線SCLK可以是高電平觸發也可以是低電平觸發，該模式由從控制器的觸發時鐘決定，不可隨意改變。SCLK觸發1次，在對應的MOSI或是MISO輸出或是輸入1次，即1位（bit），其以移位寄存器的方式進行操作，完成1個字節（byte）的讀或寫需循環進行8次。數據傳輸時是高位在前，低位在后。假如某芯片即從控制器的工作時序如圖2所示。由圖可知，將其使能置低時有效，即片選成功可進行SPI通信。該芯片在SLCK上升沿是完成讀操作，即主控制器完成輸出操作，在SCLK

5、下降沿時完成寫操作，即主控制器完成輸入操作。當SCLK制造第1個上升沿時，主控制器輸出數據的最高位即Bit7；當SCLK制造第2個上升沿時，主控制器輸出數據的Bit6，依此類推，8次上升沿觸發后就完成了1個字節的輸出。同樣的原理，當SCLK制造第1個下降沿時，主控制器讀取數據的最高位即Bit7；當SCLK制造第2個下降沿時，主控制器讀取數據的Bit6，依此類推，8次下降沿觸發后就完成了1個字節的讀取。4.SPI通信實現通過第二節對SPI通信時序控制的描述，可以非常簡單的實現模擬SPI串口通信。筆者將以兩種較有代表性的單片機與某磁傳感芯片的軟件實現為例，給出通過I/O口模擬實現SPI通信的例子。

6、需說明的是，例程中在MSP430例程中的讀操作按1次讀1個字節完成；而在JN5148例程中的讀操作按1次讀2個字節完成。以下2個例程全部已用于實際產品研制中，通信可靠，完全滿足實際應用要求。4.1 基于MSP430單片機首先，我們先定義模擬SPI接口所需的I/O口，定義P4.4為輸出MOSI，P5.0為輸入MISO，P4.5為SCLK信號，軟件實現如下。數據輸出的代碼為：代碼說明：循環8次，即輸出1個字節；P4.5輸出0，SCLK下降沿；data為輸出的字節，若其高位為1，則輸出1，否則輸出0；P4.4輸出1；否則P4.4輸出0；P4.5輸出1，SCLK上升沿；數據data按位右移；循環8次，

7、即輸入1個字節；數據data按位右移；P4.5輸出0，SCLK下降沿；讀P5.0端口，若其高位為1，則輸入為1，否則輸入為0；讀取數為1；讀取數為0；P4.5輸出1，SCLK上升沿。4.2 基于JN5148模塊與上節類似，我們先對I/O進行初始化。定義DIO_9為輸出MOSI，DIO_10為輸入MISO，DIO_11為SCLK信號。軟件實現如下。數據輸出的代碼為：此處與3.1節中類似的代碼將不再詳細解釋，只擇重點說明。DIO_11輸出0，SCLK下降沿，函數DIO_ONorOFF（DIO_11，1）的意思為將DIO_11輸出1，即置高；DIO_9輸出1；讀所有DIO數據；取DIO數據的第10位

8、的數，即輸入。5.模擬SPI通信時需注意的問題模擬SPI作為一種串行外圍設備接口用于數據交換，在實際應用中，需注意以下幾點。（1）模擬SPI通信必須嚴格時序，否則會出現無法讀取或是寫入數據，不能完成數據交換；或是出現讀取數據不完全，即數據錯誤等情況；（2）SPI接口芯片數據的讀寫發生在時鐘信號的上升沿或是下降沿。在進行編程時應保證數據足夠的處理時間，即數據處理穩定后再進行數據的讀寫操作，以免出現數據讀寫不完全而出錯；（3）在進行數據交換時，應注意通信字節位發出的順序，即是高位在前，低位在后還是高位在后，低位在前。6.總結基于單片機的普通I/O口，通過軟件模擬的方式實現的SPI串行通信，其實現簡單方便。在廣泛的實際應用中，也驗證了其功能的可靠性、穩定性。而且，模擬SPI通信在不同的單片機或是微芯片具有很強的通用性和移植性，可完全取代標準SPI接口。參考文