单片机C51程序设计：SPI通信揭秘，高速串行通信不再是秘密

# 1. 单片机C51 SPI通信基础

SPI（串行外围接口）是一种同步串行通信协议，广泛用于单片机与外围设备之间的通信。C51单片机内置SPI接口，支持主从模式通信。

本节将介绍SPI通信的基础知识，包括其原理、数据格式、通信模式和时序。通过理解这些基础概念，可以为后续的SPI通信编程奠定基础。

# 2. SPI通信协议详解

### 2.1 SPI通信原理和数据格式

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）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全双工通信。SPI通信的基本原理是：主设备通过时钟信号（SCK）同步发送和接收数据，而从设备根据时钟信号接收和发送数据。

SPI通信的数据格式通常为8位或16位，由主设备决定。数据以MSB（最高有效位）优先的方式传输，即数据的高位先发送。

### 2.2 SPI通信模式和时序

SPI通信有四种工作模式，由CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）两个控制信号决定：

- **模式0（CPOL=0，CPHA=0）：**时钟信号的空闲状态为低电平，数据在时钟信号的上升沿采样。
- **模式1（CPOL=0，CPHA=1）：**时钟信号的空闲状态为低电平，数据在时钟信号的下降沿采样。
- **模式2（CPOL=1，CPHA=0）：**时钟信号的空闲状态为高电平，数据在时钟信号的下降沿采样。
- **模式3（CPOL=1，CPHA=1）：**时钟信号的空闲状态为高电平，数据在时钟信号的上升沿采样。

SPI通信的时序图如下所示：

[图片：SPI通信时序图]

### 2.3 SPI通信的硬件接口

SPI通信需要以下硬件接口：

- **SCK（时钟信号）：**主设备发送的时钟信号，用于同步数据传输。
- **MOSI（主输出从输入）：**主设备发送数据的信号线。
- **MISO（主输入从输出）：**从设备发送数据的信号线。
- **SS（从设备选择）：**主设备用于选择从设备的信号线。

**代码块：**

// SPI通信初始化
void SPI_Init(void) {
    // 设置时钟极性和相位
    SPI_CR1 = (SPI_CR1 & ~SPI_CR1_CPOL) | (SPI_CR1 & ~SPI_CR1_CPHA);
    // 设置时钟分频系数
    SPI_CR1 |= SPI_CR1_BR;
    // 启用SPI通信
    SPI_CR1 |= SPI_CR1_SPE;
}

**逻辑分析：**

- `SPI_CR1 & ~SPI_CR1_CPOL`：清除CPOL位，设置时钟极性为低电平。
- `SPI_CR1 & ~SPI_CR1_CPHA`：清除CPHA位，设置时钟相位为上升沿采样。
- `SPI_CR1 |= SPI_CR1_BR`：设置时钟分频系数，通常为8或16。
- `SPI_CR1 |= SPI_CR1_SPE`：启用SPI通信。

**表格：**

| SPI模式 | CPOL | CPHA | 时钟空闲状态 | 数据采样沿 |
|---|---|---|---|---|
| 模式0 | 0 | 0 | 低电平 | 上升沿 |
| 模式1 | 0 | 1 | 低电平 | 下降沿 |
| 模式2 | 1 | 0 | 高电平 | 下降沿 |
| 模式3 | 1 | 1 | 高电平 | 上升沿 |

# 3.1 SPI通信初始化和配置

**SPI初始化**

在使用SPI通信之前，需要对SPI控制器进行初始化。初始化过程主要包括以下步骤：

- **设置SPI时钟频