8051单片机C语言SPI通信实战：高速数据传输的利器

# 1. 8051单片机C语言基础

8051单片机是Intel公司开发的8位微控制器，因其低成本、高可靠性以及丰富的片上外设而广泛应用于嵌入式系统中。C语言是一种高级编程语言，具有语法简洁、易于理解和移植性强的特点。将C语言应用于8051单片机开发，可以大大提高开发效率和代码的可维护性。

本章将介绍8051单片机C语言开发的基础知识，包括数据类型、变量、常量、运算符、控制语句和函数等基本语法元素。通过对这些基础知识的理解，为后续的SPI通信编程奠定基础。

# 2. SPI通信原理与协议

### 2.1 SPI通信的工作原理

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，用于在主设备和一个或多个从设备之间进行高速数据传输。它采用主从模式，其中主设备控制通信过程，而从设备响应主设备的请求。

SPI通信的工作原理如下：

1. **时钟信号（SCK）：**主设备通过SCK信号线向从设备发送时钟脉冲，同步数据传输。
2. **主设备输出数据（MOSI）：**主设备通过MOSI信号线向从设备发送数据。
3. **从设备输入数据（MISO）：**从设备通过MISO信号线向主设备发送数据。

### 2.2 SPI通信的协议规范

SPI通信协议规范定义了数据传输的格式和时序。主要包括以下方面：

#### 2.2.1 数据格式

SPI数据以字节为单位传输，每个字节由8位二进制数据组成。数据格式可以是MSB优先（最高有效位在前）或LSB优先（最低有效位在前）。

#### 2.2.2 时序

SPI通信的时序由时钟信号（SCK）控制。时序图如下：

[Image of SPI timing diagram]

1. **空闲状态：**SCK为高电平，MOSI和MISO为高阻态。
2. **数据传输：**SCK为低电平，MOSI和MISO开始传输数据。
3. **数据采样：**SCK为高电平，MOSI和MISO停止传输数据，主设备和从设备采样数据。

#### 2.2.3 时钟极性和相位

SPI通信的时钟极性和相位定义了SCK信号的初始状态和数据传输的边缘。

* **时钟极性（CPOL）：**CPOL=0表示SCK信号在空闲状态为低电平，CPOL=1表示SCK信号在空闲状态为高电平。
* **时钟相位（CPHA）：**CPHA=0表示数据在SCK的上升沿采样，CPHA=1表示数据在SCK的下降沿采样。

#### 2.2.4 数据速率

SPI通信的数据速率由时钟频率决定。数据速率可以通过调整SCK信号的频率来控制。

#### 2.2.5 帧格式

SPI通信帧由以下部分组成：

* **起始位：**一个或多个SCK高电平脉冲，用于同步主设备和从设备。
* **数据位：**8位或更多位的数据，按MSB或LSB优先格式传输。
* **结束位：**一个或多个SCK高电平脉冲，用于结束数据传输。

#### 2.2.6 从设备选择

主设备可以通过从设备选择（SS）信号线选择要通信的从设备。当SS信号为低电平时，该从设备被选中。

# 3. 8051单片机SPI硬件配置

### 3.1 SPI硬件模块的结构和功能

8051单片机的SPI硬件模块主要由以下几个部分组成：

- **移位寄存器 (SR)**：用于存储和移位数据。
- **控制寄存器 (CR)**：用于控制SPI模块的配置和操作。
- **时钟发生器**：用于产生SPI通信所需的时钟信号。
- **数据输入/输出引脚**：用于连接外部SPI设备。

SPI模块的工作原理如下：

1. 主设备通过MOSI引脚向从设备发送数据。
2. 从设备通过MISO引脚向主设备发送数据。
3. 时钟信号通过SCK引脚同步数据传输。
4. 片选信号(SS)用于选择要通信的从设备。

### 3.2 SPI硬件配置寄存器的设置

SPI硬件配置寄存器主要有以下几个：

- **SPCR (SPI Control Register)**：用于配置SPI模块的时钟极性和相位、数据格式和主/从模式。
- **SPSR (SPI Status Register