SPI協議簡述

　　SPI，是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串列外圍設備介面。由Motorola首創。SPI介面主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信匯流排。

優缺點：

• 協議簡單，相對數據速率高。
• 占用的Pin口較多
• 沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。

SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以（單向傳輸時）。也是所有基於SPI的設備共有的，它們是SDI，SDO，SCK，CS。

• SDO – 主設備數據輸出，從設備數據輸入
• SDI – 主設備數據輸入，從設備數據輸出
• SCK – 時鐘信號，由主設備產生
• CS – 從設備使能信號，由主設備控制

CS: 其中CS是控制晶元是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時（高電位或低電位），對此晶元的操作才有效，這就允許在同一匯流排上連接多個SPI設備成為可能。

SCK：SCK為時鐘信號線，主要控制時序。相當於整個SPI協議是以SCK為準進行的。因此SCK的控制在每次發送中只能在主機的控制下進行，從機不可控制。

SDI/SDO： 通訊是通過數據交換完成的，這裡先要知道SPI是串列通訊協議，也就是說數據是一位一位的傳輸的。SDO為主機發送，從機接收；SDI為主機接受，從機發送。

參考網站：http://dlnware.com/theory/SPI-Bus

SPI的四種模式

參考網站：http://dlnware.com/theory/SPI-Transfer-Modes

在這四種模式中，我們常用MODE0和MODE2。因為它便於操作。我便是使用的MODE2模式。這四種模式的區別在參考網站中有詳細的描述，這裡便不再贅述。
　　
在MODE2模式下。時鐘在空閑時始終置1，每產生一次下降沿便會發送1 bit 數據。大家可能已經想到，SPI協議可以在八位沒有發出送完的情況下停止發送。
　　
這裡我跑了下示波器。
　　
　　從圖中清晰可見8個下降沿，時鐘在空閑時始終置1。
　　
　　其餘的三個模式以此類推。

軟體模擬

　　我使用的單片機為STC89C52，內部沒有SPI的資源，因此需要自己進行軟體模擬。
　　利用串口中斷，首先利用電腦A得串口助手發送的數據存入SBUF，再將SBUF的值通過SPI的SDO發送給從機的SDI接收，並存入從機的SBUF，顯示在電腦B的串口助手上。
　　目的：電腦A發送數據，如：AB，電腦B可接收到AB。
　　
　　如圖：
　　
　PS：在此項目中CS（片選）可以不用。

代碼

# include <reg52.h>//頭文件
# include <intrins.h>//頭文件

# define uchar unsigned char
# define uint unsigned int

sbit SCK = P1^0;//位定義時鐘
//sbit CS = P1^1;//位定義片選(使能)  此項目可以不使用
sbit SDI = P1^2;//位定義Input
sbit SDO = P1^3;//位定義Output

/*-----函數聲明-----*/
void delay5us();
void SpiSend(uchar dat1);
uchar SpiReceive();
void UARTInit();

/*-----主函數-----*/
void main()
{    
    UARTInit();
     while(1)
    {
        SBUF = SpiReceive();// 迴圈接收數據
    }
    ;//空語句    
}
 
/*-----5微秒延時函數-----*/
void delay5us()
{
    _nop_();
}

/*-----CPHA=0;CPOL=1 模式2-----*/
/*-----SPI發送函數-----*/
/*-----上升沿發送-----*/
void SpiSend(uchar dat1)
{
    uchar i;
    for (i=0; i<8; ++i)//8bit，一位一位寫
    {
        SCK = 0;
        if (dat1 & 0x80)//判斷當前最高位為1還是0
        {
            SDO = 1;        
        }
        else
        {
            SDO = 0;
        }
        SCK = 1;//上升沿發送數據
        dat1 <<= 1;
        delay5us();        
    }
}

/*-----SPI接收函數-----*/
/*-----下降沿接收-----*/
uchar SpiReceive()
{
    uchar i, dat0;
    dat0 = 0x00;//dat0初始化 
    for (i=0; i<8; ++i)//8bit，一位一位讀
    {
        dat0 <<= 1;
        while(SCK == 1);    
        while(SCK == 0);//等待下降沿，下降沿讀取數據       
        dat0 |= SDI;         
    }
    return (dat0);//收到數據（返回值）dat0
}

/*-----串口（中斷）初始化-----*/
void UARTInit()
{
    EA = 1;//開啟總中斷
    ES = 1;//打開串口中斷
    SM0 = 0;SM1 = 1;//串口工作方式1，8位UART波特率可變
    REN = 1;//串口允許接收
    TR1 = 1;//啟動定時器1
    TMOD |= 0X20;//定時器1，工作模式2 8位自動重裝
    TH1 =0XFD;
    TL1 =0XFD;//設置波特率9600
}

/*-----串口中斷服務函數-----*/
void UART() interrupt 4
{
    if (RI)//判斷是否接收完成
    {
        RI = 0;//軟體清零
        SpiSend(SBUF);     // 轉發接收到的數據
    }
    if (TI)//判斷是否發送完成
    {
        TI = 0;//軟體清零
    }        
}

PS：SDI和SDO需交叉連接。

總結

1. 在發送數據時，時鐘僅由發送端（主機）控制；
2. SPI四種模式，只需將主從機同步一種模式即可；
3. SCK，SDI，SDO，CS四個引腳由自己定義即可。