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1、4.9 通用串行通信接口(USCI) SPI模式,主要内容,SPI总线协议 总线结构 工作模式 数据传输时序 MSP430 SPI模块 模块的特性 主从机模式 SPI模块寄存器 应用示例,SPI总线介绍,SPI接口是Motorola首先提出的全双工三/四线同步串行外围接口，采用主从模式架构，支持多从设备应用，一般只支持单主设备。 利用34条线完成两个芯片之间的双工高速通信。两条数据线用于收发数据，一条时钟线用于同步，一条作为从机选择。 时钟由主设备控制，当主机发送一字节数据（通过主出从入MOSI引脚）的同时，从机返回一字节数据（通过主入从出MISO引脚）。 总线上允许连接多个设备，在同一时刻只
2、允许一个主机操作总线，并且同时只能与一个从机通信。主机控制数据的传输过程。 目前应用中的数据速率可达Mbps级。,SPI总线可在软件的控制下构成各种简单的或复杂的系统： 1个主MCU和几个从MCU 几个从MCU相互连接构成多主机系统(分布式系统) 1个主MCU和1个或几个从I/O设备 ,SPI典型结构如下：,SPI总线结构,SPI工作模式,主机模式： 当器件作为主机时，使用一个IO引脚拉低相应从机的选择引脚(STE)，传输的起始由主机发送数据来启动，时钟(SCK)信号由主机产生。通过MOSI发送数据，同时通过MISO引脚接收从机发出的数据。 从机模式： 当器件作为从机时，传输在从机选择引脚(S
3、TE)被主机拉低后开始，接收主机输出的时钟信号，在读取主机数据的同时通过MISO引脚输出数据。,SPI电气连接,以线SPI为例，其通信时需要的4个引脚分别为：,作SPI主机时，STE要接上拉电阻,STE引脚作用,STE：从机模式发送接收允许控制引脚，控制多主从系统中的多个从机。该引脚不用于3线SPI操作，可以在4线SPI操作中使多主机共享总线，避免发生冲突。 4线SPI操作主模式中，STE的含义如下： SIMO和SCLK被强制进入输入状态 SIMO和SCLK正常操作 4线SPI操作从模式中，STE的含义如下： 允许从机发送接收数据，SIMO正常操作 禁止从机发送接收数据，SIMO被强制进入输入
4、状态,SPI数据传输,数据传输格式： 通常是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。一些增强型MCU中可以通过软件设置高位在前或低位在前。 下面以位数据的传输为例，看一下种不同数据传输格式的时序。首先介绍两个概念： 1.时钟极性：表示时钟信号在空闲时是高电平还是低电平。 2.时钟相位：决定数据是在SCK的上升沿采样还是在SCK的结束沿采样。,SPI传输时序,传输模式,根据时钟极性(CPOL)及相位(CPHA)不同可以组合成4种工作模式：SPI0，SPI1，SP2，SP3. （1）SPI0：CPOL=0,CPHA=0 （2）SPI1：CPOL=0,CPHA=1 （3）SPI2：CPOL=1,CP
5、HA=0 （4）SPI3：CPOL=1,CPHA=1,传输模式,时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平，对传输协议没有重大影响。 CPOL=0：时钟空闲状态为低电平。 CPOL=1：时钟空闲状态为高电平。,传输模式,时钟相位(CPHA)定义数据的采样时间。 CPHA=0：在时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)进行数据采样。 CPHA=1：在时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)进行数据采样。,SPI接口内部结构,特点,优点： （1）接口简单，利于硬件设计与实现。 （2）时钟速度快，且没有系统开销。 （3）相对抗干扰能力强，传输稳定。,特点,缺点： （1）缺乏流控制机制，无论主器件还是从器件均
6、不对消息进行确认，主器件无法知道从器件是否繁忙。因此，需要软件弥补，增加了软件开发工作量。 （2）没有多主器件协议，必须采用很复杂的软件和外部逻辑来实现多主器件架构。,通用串行通信接口(USCI)模块,通用串行通信接口(USCI)模块支持多种串行通信模式。不同的USCI 模块支持不同的模式 USCI_Ax 模块支持： UART 模式 IrDA 通信的脉冲整形 LIN 通信的自动波特率检测 SPI 模式 USCI_Bx 模块支持： I2C 模式 SPI 模式,MSP430模块特点,MSP430的SPI模块有如下特点： 支持3线或4线SPI操作 支持7位或8位数据格式 接收和发送有单独的移位寄存器
7、 接收和发送有独立的缓冲器 接收和发送有独立的中断能力 时钟的极性和相位可编程 主模式的时钟频率可编程 传输速率可编程 支持连续收发操作 支持主从方式,主模式,MSP430 USCI作为主机、外围设备作为从机 图,从模式,外围设备作为主机，MSP430 USCI作为从机 图,UCSI串行时序,同步串行通信时序，UCMSB=1,SPI模式下可用的USCI寄存器,USCI_Ax和USCI_Bx都有SPI模块，下面以USCI_Bx为例，介绍相关寄存器,应用示例,SPI主机与从机通过三线SPI接口通信，主机发送数据给从机，同时又接收从机发来的数据，发送数据从0x01开始递增，从机接收到数据，就立马发出
8、，主机接到这个数据，进入中断如果发送和接收数据相同，则点亮LED灯，否则熄灭。,程序流程图,主机端口初始化,P8SEL |= BIT4+BIT5+BIT6; P8DIR |= BIT4+BIT5+BIT6; P1DIR |= BIT0 + BIT1; P1SEL |= BIT0 + BIT1;,选择P1.1P1.0端口为输出,选择P1.1P1.0端口为输出,选择P8.4P8.6为外设功能,选择P8.4P8.6端口方向为输出,UCB1CTL1 |= UCSWRST; UCB1CTL0|=UCMST+UCSYNC+UCCKPL+UCMSB; UCB1CTL1 |= UCSSEL_2; UCB1BR
9、0 = 0x02; UCB1BR1 = 0; UCB1IE |= UCRXIE; UCB1CTL1 &= UCSWRST,主机SPI模块初始化,选择SMCLK,配置波特率,打开SPI中断,USCI_Bx复位释放,主机其他配置,MST_Data = 0x01; SLV_Data = 0x00; P1OUT |= BIT1; _delay_cycles(100); while (!(UC B1IFG,从机选择引脚,延时,判断发送缓冲是否为空，如果为空， 标志位置位，则说明上个数据未发送完毕， 等待直到数据发送完毕,发送第一个字符,主机接收中断,#pragma vector=USCI_ B1_VEC
10、TOR _interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(_even_in_range(UC B1IV,4) case 0: break; case 2: while (!(UC B1IFG ,判断发送缓冲是否为空，如果为空， 标志位置位，则说明上个数据未发送完毕， 等待直到数据发送完毕,如果接收与发送相同，点亮LED,发送下一个字符,从机端口初始化,P8SEL |= BIT4+BIT5+BIT6; P8DIR |= BIT4+BIT5+BIT6; P1REN |= BIT4; P1OUT |= BIT4; P1IES ,使能P1.4内部电阻,P1.4输出为1
11、,选择P8.4P8.6为外设功能,选择P8.4P8.6端口方向为输出,P1.4上升沿捕获，进入中断,P1.4 IFG 清零,P1.4中断使能,主机SPI模块初始化,UCB1CTL1 |= UCSWRST; UCB1CTL0 |= UCSYNC+UCCKPL+UCMSB; UCB1CTL1 &= UCSWRST,USCI_Bx复位释放,从机接收中断,#pragma vector=USCI_ B1_VECTOR _interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(_even_in_range(UC B1IV,4) case 0: break; case 2: whi
12、le (!(UC B1IFG ,判断发送缓冲是否为空，如果为空， 标志位置位，则说明上个数据未发送完毕， 等待直到数据发送完毕,发送下一个字符,从机接收中断,#pragma vector=USCI_ B1_VECTOR _interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(_even_in_range(UC B1IV,4) case 0: break; case 2: while (!(UC B1IFG ,判断发送缓冲是否为空，如果为空， 标志位置位，则说明上个数据未发送完毕， 等待直到数据发送完毕,发送下一个字符,从机主机开始工作提示中断,#pragma vec
13、tor=PORT1_VECTOR _interrupt void Port_1(void) P1IFG ,USCI_Bx复位释放,打开SPI中断,主机端口初始化库,/ Set P1.1 for slave reset GPIO_setOutputHighOnPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN1 ); / Set P1.0 to output direction GPIO_setAsOutputPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN0 ); /
14、P3.5,4,0 option select GPIO_setAsPeripheralModuleFunctionInputPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT8_R_, GPIO_PORT_P8, GPIO_PIN4 + GPIO_PIN5 + GPIO_PIN6 );,主机SPI模块初始化库,/ Initialize Master returnValue = SPI_masterInit(_MSP430_BASEADDRESS_USCI_B1_, SPI_CLOCKSOURCE_SMCLK, UCS_getSMCLK(_MSP430_BASEADDRESS_UCS_),
15、 SPICLK, SPI_MSB_FIRST, SPI_PHASE_DATA_CHANGED_ONFIRST_CAPTURED_ON_NEXT, SPI_CLOCKPOLARITY_INACTIVITY_HIGH ); if (STATUS_FAIL = returnValue) return; / Enable SPI module SPI_enable(_MSP430_BASEADDRESS_USCI_B1_); / Enable Receive interrupt SPI_enableInterrupt(_MSP430_BASEADDRESS_USCI_B1_, SPI_RECEIVE_
16、INTERRUPT);,主机其他配置库,/ Now with SPI signals initialized, reset slave GPIO_setOutputLowOnPin( _MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN1 ); / LED On GPIO_setOutputHighOnPin( _MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN0 ); / Wait for slave to initialize _delay_cycles(100); / Initialize data values transmitData = 0x00; /
