鲁达 1. 基于proteus的51单片机开发实例28-SPI总线的读写
1.1. 实验目的
图1 SPI串行总线的读写
在之前的实例中，我们已经学习了RS-232串行总线的读写，I2C总线的读写，本实例中，我们将要学习SPI总线的读写。本实例学完后，我们就全部学习了单片机系统最常用的三种串行总线：串口、I2C、SPI。
1.2. 设计思路
本例通过51单片机连接控制SPI总线器件X5045，使用SPI总线通信协议对X5045进行数据读写，并把写入的数据和读出的数据分别通过51单片机P0和P2口连接的8个LED显示出来，用以对比写入和读出的数据是否相同。
1.3. 基础知识
我们之前学过的RS-232串口属于异步串行接口，而SPI总线属于同步串行接口。SPI串行通信在单片机系统中有着广泛应用。
单片机与RS-232串口通信时，需要RXD（数据接收）和TXD（数据发送）两根线。
单片机与I2C串口通信时，需要SCL（总线时钟）和SDA（数据收发）两根线。
单片机与SPI串口通信时，需要SCK（总线时钟）、MISO（主机接收、从机发送）和MOSI（主机发送、从机接收）三根线。
下面我们结合X5045来了解SPI的基础知识。
X5045主要功能：单片机上电复位控制，看门狗定时器，降压管理，写保护功能的EEPROM数据存储器。
下图是x5045的引脚图。
图2 X5045引脚图
下图是X5045内部结构图。
图3 X5045内部结构
下图是X5045引脚功能说明。
图4 X5045引脚功能
图5 X5045引脚功能（续）
本实例我们主要通过X5045来了解SPI串行总线，所以对X5045的其它功能留待后续实例讲解。
X5045与单片机之间的串口通信，必须在严格的指令控制下进行。X5045的控制是通过其内部的一个8位指令寄存器进行。它可以通过SI引脚访问，数据在SCK的上升沿由同步时钟脉冲控制输入。在整个X5045工作期间，片选端口CS必须保持低电平，写保护引脚WP必须保持高电平。
X5045一共有6条操作指令。如下图所示。所有指令、地址、数据都是以高位在前的方式传送。输入的数据在CS变为低电平之后的SCK第一个上升沿被采用。
图6 X5045指令
向存储器写数据协议：
首先CS置低电平以选中芯片，然后写入WREN（写允许）指令，接着将CS拉到高电平，然后再次将CS拉到低电平，随后写入WRITE指令并跟随欲写入的8位地址。WRITE指令的第3位用于确定存储器的上半区和下半区。如果没有在WREN和WRITE两个指令之间将CS变为高电平，WRITE指令将被忽略，最后需要将CS变为高电平。
从存储器读数据协议：
首先将CS拉低以选中芯片，然后写入READ（读出）指令，跟着写入欲读出数据的8位地址。READ指令的第3位用以确定存储器的上半区和下半区。在读操作指令码发送完毕后，所选中地址单元的数据将通过SO引脚送出，最后还需要将CS拉到高电平。
1.4. 电路设计
本实例电路图如图1所示。单片机P3口连接X5045。同时单片机的P0口和P2口分别连接8个LED，用以指示写入和读出的数据是否一致。
1.5. 程序设计
本实例程序代码如下。由于51单片机没有内置SPI模块，所以本例中我们仍然使用模拟SPI时序的方法实现SPI总线的读、写操作。
#include<reg51.h> #include<in; sbit SCK=P3^3; //SCK引脚定义 sbit SI=P3^4; //SI引脚定义 sbit SO=P3^5; //SO引脚定义 sbit CS=P3^6; //CS引脚定义 #define WREN 0x06 //写使能锁存器允许 #define WRDI 0x04 //写使能锁存器禁止 #define WRSR 0x01 //写状态寄存器 #define READ 0x03 //读数据 #define WRITE 0x02 //写数据 //延时1ms void delay1ms(); //延时 Counter*1ms void delaynms(unsigned int Counter); //从当前地址读数据 unsigned char ReadCurrent(void); //向当前地址写数据 void WriteCurrent(unsigned char WriteData); //写状态寄存器 void WriteSR(unsigned char RegistData); //写数据到指定地址 void WriteSet(unsigned char Writedata,unsigned char WriteAddr); //从指定地址读数据 unsigned char ReadSet(unsigned char ReadAddr); //看门狗喂狗 void WatchDog(void); // void main(void) { unsigned char ucWriteDataTmp=1,ucReadDataTmp; P0=0xff; P0=0x00; WriteSR(0x12); //写状态寄存器：看门狗溢出时间600ms，没有写保护 delaynms(10); //x5045写入周期约为10ms while(1) { WatchDog(); //喂狗 P0=ucWriteDataTmp;//在P0口指示要写入的数据 WriteSet(ucWriteDataTmp,0x10); //向指定地址写入数据 delaynms(10); //x5045写入周期约为10ms ucReadDataTmp=ReadSet(0x10); //从指定地址读出数据 P2=ucReadDataTmp;//在p2口指示读出的数据 WatchDog(); //喂狗 delaynms(400); //延时一会，有时间看到LED显示的数值 ucWriteDataTmp++;//写入的数据+1 } } //延时1ms void delay1ms() { unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i++) for(j=0;j<33;j++) ; } //延时若干ms void delaynms(unsigned int Counter) { unsigned int i; for(i=0;i<Counter;i++) delay1ms(); } //读当前地址数据 unsigned char ReadCurrent(void) { unsigned char i; unsigned char ReadTmp=0x00; SCK=1; //SCK拉高 for(i = 0; i < 8; i++)//一个字节8位，循环8次 { SCK=1; SCK=0; //SCK下降沿时输出数据 ReadTmp<<=1; //接收的数据是最高位 ReadTmp|=(unsigned char)SO; //读出SO上的数据 } return(ReadTmp); //返回读出的数据 } //写数据到当前地址 void WriteCurrent(unsigned char WriteData) { unsigned char i; SCK=0; //SCK拉低 for(i = 0; i < 8; i++) // 一个字节8位，循环写入 { SI=(bit)(WriteData&0x80); //取所写数据最高位，送到SI //传送顺序是高位在前 SCK=0; SCK=1; //SCK上升沿时，写入数据 WriteData<<=1; //数据左移，始终保持发送最高位 } } // void WriteSR(unsigned char RegistData) { CS=0; //CS拉低，选中芯片 WriteCurrent(WREN); //写使能锁存器允许 CS=1; //CS拉高 CS=0; //CS拉低，否则后面写指令会被忽略 WriteCurrent(WRSR); //写状态寄存器 WriteCurrent(RegistData); //写入新设置的状态 CS=1; //CS拉高 } // void WriteSet(unsigned char Writedata,unsigned char WriteAddr) { SCK=0; //SCK拉低 CS=0; //CS拉低，选中芯片 WriteCurrent(WREN); //写使能锁存器允许 CS=1; //CS拉高 CS=0; //再次拉低CS，否则写数据指令会被忽略 WriteCurrent(WRITE); //写指令 WriteCurrent(WriteAddr); //写入指定地址 WriteCurrent(Writedata); //写入数据 CS=1; //CS拉高 SCK=0; //SCK拉低 } //从指定地址读数据 unsigned char ReadSet(unsigned char ReadAddr) { unsigned char ReadData; SCK=0; //SCK置低 CS=0; //CS拉低，选中芯片 WriteCurrent(READ); //开始读操作 WriteCurrent(ReadAddr); //指定读数据的地址 ReadData=ReadCurrent(); //读出数据 CS=1; //CS拉高 SCK=0; //SCK拉低 return ReadData; //返回读出的数据 } //看门狗狗喂狗 void WatchDog(void) { CS=1; //CS拉高 CS=0; //CS拉低，CS一个下降沿操作喂狗 CS=1; //CS拉高 } 1.6. 实例仿真
编写程序代码，编译生成HEX文件，将HEX文件装载到proteus电路的单片机中，开始仿真，连接在P0口和P2口的两组发光二极管，看看他们显示的是否一致。
1.7. 总结
通过本例，我们学习了I2C总线的原理、电路设计、编程方法。至此，我们已经学习了三种串行通信：RS-232串口通信，I2C串行通信，SPI串行通信，大家可以对比这三种串行通信的异同。