第九章 串行外围设备接口(spi)控制器

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1、作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 热门热门 QQ 群：群：50139586 229615516 ARM Cortex-M0 微控制器深度实战微控制器深度实战 第第九九章章 串行外围设备接口串行外围设备接口(SPI)控制器控制器 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 版权声明版权声明 为了使现在的初学者能够迅速深入 ARM Cortex-M0 程序编写，本人特意编写了书籍教程进行引导， 美其名为ARM Cortex-M0 微控制器深度实战 ，该书的著作权归作者本人所有，同时此书为ARM Cortex-M0 微控制器原理与实践

2、的兄弟篇，由北京航空航天大学出版社出版，适合于初学者入门 ARM Cortex-M0。 未经作者书面许可，任何其他个人或组织不得以任何形式将书籍内容进行编辑、发布、出版或 其他商业行为，应遵守著作权法以及其他相关法律的规定，否则予以法律追究。 若转载本书籍相关内容，必须注明“ARM Cortex-M0 微控制器深度实战电子版、作者： “温子祺 ” 。 任何人在尊重作者著作权的前提下，可以无限制的进行阅读和传播。 当前版本号为 V1.1，不同的版本会更新和修正部分内容。 温子祺 2014-3-6 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 ARM Cortex-M0

3、微控制器原理与实践 51 单片机 C 语言创新教程 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 ARM Cortex-M0 权威网站权威网站 新唐科技股份有限公司官网新唐科技股份有限公司官网 Cortex-M0 开发板论坛开发板论坛 21ic 中国电子网新唐中国电子网新唐 MCU 技术论坛技术论坛 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 ARM Cortex-M0 开发板购买开发板购买 SmartMCU 官网官网 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 视频网址视频网址 演示视频包括演示视频包括 SD

4、卡、卡、Flash、PWM、PS/2 键盘、键盘、PS/2 鼠标、鼠标、RS232/RS485 通信、通信、 触摸控制、触摸控制、2.4G 数据传输数据传输/触摸数据传输触摸数据传输/文件传输、蓝牙数据传输文件传输、蓝牙数据传输/蓝牙控制蓝牙控制 Led/蓝牙文件蓝牙文件 传输、红外信号检测传输、红外信号检测/红外编码红外编码/红外解码、红外解码、BootLoader、模拟数字转换、网络数据传输、温、模拟数字转换、网络数据传输、温 湿度检测湿度检测、欠压电压检测、蜂鸣器控制、实时时钟调整等等。、欠压电压检测、蜂鸣器控制、实时时钟调整等等。 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所

5、有， 侵权必究。 硬件资源硬件资源篇篇 本章，主要向大家简要介绍我们的实验平台：SmartM-M051 旗舰开发板如下图 0.1.1。通过本章的学习，将对我们后 面使用的实验平台有个大概了解，为后面的学习做铺垫。 图 0.1.1 Smart-M051 旗舰开发板硬件布局 SmartM-M051 旗舰开发板板载资源如下： CPU：NuMicro M0516，LQFP48，FLASH：64K，SRAM：4K； 外扩 SPI FLASH：W25Q16，2M 字节（用于存储大量数据） 1 个红外接收头，并配备一款小巧的红外遥控器 1 个红外发射头（用于红外发射和模拟红外遥控器） 1 个 RGB Led

6、 灯接口 1 个 EEPROM 芯片，AT24C02，容量 256 字节 1 个 2.4G 无线模块接口（NRF24L01） 1 个 蓝牙模块接口（HC05） （可以与手机通信，也可以两块开发板通过蓝牙模块互相通信） 1 路 485 接口，采用 MAX485 芯片 1 路 RS232（串口）接口，采用 MAX232 芯片 1 个 PS/2 接口，可外接鼠标、键盘 1 路数字温湿度传感器接口，支持 DS18B20 /DHT11 等 1 个 DS1302 实时时钟接口 1 个标准的 2.4/2.8/3.2 寸 LCD 接口，支持触摸屏 1 个 OLED 模块接口 1 个 USB 串口，采用 CH3

7、40 芯片，可用于程序下载和代码调试（printf） 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 1 个 RS232/RS485 选择接口 1 个 SD 卡接口（大容量数据存储，移植 FatFS 文件系统，读写文本和显示位图） 1 个 网络模块选择接口（以太网数据通信） 1 组 5V 电源供应/接入口 1 组 3.3V 电源供应/接入口 1 个 直流电源输入接口 1 个 RTC 后备电池座，并带电池 1 个 复位按钮，可用于复位 MCU 1 个 电源开关，控制整个板的电源 1 个 有源蜂鸣器 4 个按键 除晶振占用的 IO 口外，其余所有 IO 口全部引出 Smar

8、tM-M051 旗舰开发板的特点包括： 1) 接口丰富。板子提供多种标准接口，可以方便的进行各种外设的实验和开发。 2) 设计灵活。 板上很多资源都可以灵活配置， 以满足不同条件下的使用。 我们引出了除晶振占用的 IO 口外的所有 IO 口， 可以极大的方便大家扩展及使用。 3) 资源充足。外扩 2M 字节 FLASH，大数据存储。满足各种应用需求。 4) 人性化设计。各个接口都有丝印标注，使用起来一目了然；接口位置设计安排合理，方便顺手。资源搭配合理，物尽其 用。 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 基本控制基本控制篇篇 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝

9、店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 图 9.1.1 SPI 通信应用 9 串行外围设备接口（串行外围设备接口（SPI）控制器）控制器 9.1 概述概述 SPI 是英文“Serial Peripheral Interface”的缩写，中文意 思是串行外围设备接口，SPI 是 Motorola 公司推出的一种同步串行通 讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与 SPI 有关的软件 就相当简单，使 CPU 有更多的时间处理其他事务。 SPI 接口是 Motorola 首先提出的全双工三线同步串行外围接口， 采用主从模式（Master Slave）架构；支持多 slave 模式应用，一般 仅

10、支持单 Master。时钟由 Master 控制，在时钟移位脉冲下，数据按位 传输， 高位在前， 低位在后 （MSB first） ； SPI 接口有 2 根单向数据线， 为全双工通信，目前应用中的数据速率可达几 Mbps 的水平。 SPI 接口主要应用在 EEPROM、FLASH、实时时钟、AD 转换器，还 有数字信号微控制器和数字信号解码器之间。 SPI 是一种高速的、 全双工、 同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是 出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 ATMEGA16、LPC21

11、42、S3C2440。 SPI 的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事 实上 3 根也可以（单向传输时）也是所有基于 SPI 的设备共有的，它们是 MISO（数据输入） 、MOSI（数据输出） 、SCK（时 钟） 、CS（片选） 。 串行外围设备接口(SPI)是一个工作于全双工模式下的同步串行数据通讯协议。设备通过 4 线双端接口工作于主机/从 机模式进行通讯。NuMicro M051 系列包括最多 2 组 SPI 控制器，将从外设接收到的数据进行串并转换, 或将要发送到外 设的数据进行并串转换。每组 SPI 控制器都可被设置成主

12、机；也可设置为被片外主机设备控制的从机。 9.1.1 特性特性 最多两组 SPI 控制器 支持主/从机模式 可配置比特长度，一个传输字最多可达 32 比特；可配置的传输字数，一次最多可传输 2 个字，所以一次数据传输的最 大比特长度是 64 比特 支持 burst 操作模式，在一次传输过程中，发送/接收可执行两次字传输 支持 MSB 或 LSB 优先传输 字节或字休眠模式 主机模式下可输出多种串行时钟频率 主机模式下支持两个可编程的串行时钟频率 SPI 通信有以下特点：通信有以下特点： 主机控制具有完全的主导地址。它决定着通信的速度，也决定着何时可以开始和结束一次通信，从机只能被动响应 主机发

13、起的传输。 SPI 通信是一种全双工高速的通信方式。从通信的任意一方来看，读操作和写操作都是同步完成的。 作者： 温子祺 官网：官网： 淘宝店：淘宝店： 版权所有， 侵权必究。 SPI 的传输始终是在主机控制下，进行双向同步的数据交换。 9.1.2 功能功能 主机/从机模式 SPI 控制器可通过设置 SLAVE 位(SPI_CNTRL18)被配置为主机或从机模式，来与片外 SPI 从机或 主机设备通讯。在主机模式与从机模式下的应用框图如图 9.1.2 和图 9.1.3 所示。 图 9.1.2 SPI 主机模式应用框图 图 9.1.3 SPI 主机模式应用框图 从机选择从机选择 在主机模式下，S

14、PI 控制器能通过从机选择输出脚 SPISS 驱动一个片外从机设备。从机模式下，片外的主机设备驱动从 机选择信号通过SPISS输入到SPI控制器。 在主机/从机模式下， 从机选择信号的有效电平可以在SS_LVL位 (SPI_SSR2) 被编程为低有效或高有效，SS_LTRIG 位(SPI_SSR4)配置从机选择信号 SPISS 为电平触发或边沿触发。触发条件的选 择取决于所连接的外围从机/主机的设备类型。 从机选择从机选择 在主机模式下，SPI 控制器能通过从机选择输出脚 SPISS 驱动一个片外从机设备。从机模式下，片外的主机设备驱动从 机选择信号通过SPISS输入到SPI控制器。 在主机/从机模式下， 从机选择信号的有效电平可以在SS_LVL位 (SPI_SSR2) 被编程为低有效或高有效，SS_LTRIG 位(SPI_SSR4)配置从机选择信号 SPISS 为电平触发或边沿触发。触发条件的选 择取决于所连接的外围从机/主机的设备类型。 电平触发电平触发/边沿触发边