AVR单片机SPI通信实战：掌握SPI通信协议及编程

# 1. AVR单片机SPI通信简介

**1.1 SPI通信概述**

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，广泛用于嵌入式系统中连接微控制器和外围设备。它是一种主从通信协议，其中一个设备（主设备）控制通信过程，而另一个设备（从设备）响应主设备的请求。

**1.2 SPI通信特点**

SPI通信具有以下特点：

* 全双工通信：主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
* 高速率：SPI通信速度可达数兆比特每秒。
* 简单易用：SPI通信协议简单，易于实现。

# 2. SPI通信协议详解

### 2.1 SPI通信原理

#### 2.1.1 SPI通信模式

SPI通信模式定义了主设备和从设备之间的数据传输方式。有四种SPI通信模式，分别为：

- **模式0：**时钟空闲时为低电平，数据在时钟上升沿采样，在时钟下降沿保持。
- **模式1：**时钟空闲时为高电平，数据在时钟下降沿采样，在时钟上升沿保持。
- **模式2：**时钟空闲时为低电平，数据在时钟上升沿采样，在时钟上升沿保持。
- **模式3：**时钟空闲时为高电平，数据在时钟下降沿采样，在时钟下降沿保持。

#### 2.1.2 SPI通信时序

SPI通信时序描述了数据在主设备和从设备之间传输的顺序。一个完整的SPI通信时序包括以下步骤：

1. 主设备发送时钟信号。
2. 主设备发送数据。
3. 从设备接收数据。
4. 从设备发送时钟信号。
5. 从设备发送数据。
6. 主设备接收数据。

### 2.2 SPI通信数据格式

#### 2.2.1 数据位数

SPI通信的数据位数可以是8位、16位或32位。数据位数决定了每次传输的数据量。

#### 2.2.2 时钟极性和相位

时钟极性和相位决定了数据在时钟信号上的位置。

- **时钟极性：**时钟信号空闲时的电平。
- **时钟相位：**数据在时钟信号上的采样点。

### 2.3 SPI通信速度

SPI通信速度由时钟频率决定。时钟频率越高，数据传输速度越快。但是，时钟频率不能太高，否则会影响数据传输的稳定性。

**代码示例：**

// 设置SPI通信模式
SPCR |= (1 << CPHA) | (1 << CPOL);

// 设置SPI通信时钟
SPCR |= (1 << SPR0) | (1 << SPR1);

// 设置SPI通信数据格式
SPCR |= (1 << DORD);

**代码逻辑分析：**

- `SPCR |= (1 << CPHA) | (1 << CPOL);`：设置SPI通信模式为模式0。
- `SPCR |= (1 << SPR0) | (1 << SPR1);`：设置SPI通信时钟频率为f_osc/16。
- `SPCR |= (1 << DORD);`：设置SPI通信数据格式为MSB优先。

# 3.1 SPI寄存器介绍

AVR单片机的SPI接口通过三个寄存器进行控制和数据传输，分别是SPI控制寄存器（SPCR）、SPI状态寄存器（SPSR）和SPI数据寄存器（SPDR）。

#### 3.1.1 SPI控制寄存器（SPCR）

SPCR寄存器用于控制SPI接口的配置和操作，其位域定义如下：

| 位域 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 7 | SPIE | SPI中断使能位，1表示使能SPI中断 |
| 6 | SPE | SPI使能位，1表示使能SPI接口 |
| 5 | DORD | 数据传输顺序位，1表示MSB优先传输 |
| 4 | MSTR | 主从选择位，1表示主模式，0表示从模式 |
| 3:0 | SPR1:SPR0 | SPI时钟分频因子，决