单片机C语言SPI通信:10个揭秘高速串行通信的奥秘的实战案例
发布时间: 2024-07-06 13:46:22 阅读量: 44 订阅数: 25 ![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/col_vip.0fdee7e1.png)
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# 1. 单片机C语言SPI通信概述**
SPI(Serial Peripheral Interface)是一种串行外围设备接口,广泛应用于单片机与外围设备之间的通信。它是一种同步通信协议,使用四根线(SCK、MOSI、MISO、SS)进行数据传输。
SPI通信具有以下特点:
- **低成本:**只需要四根线,无需复杂的硬件接口。
- **高效率:**采用同步通信方式,传输速度快,效率高。
- **灵活性:**支持多种通信模式和时序,可适应不同的外围设备。
# 2. SPI通信原理与协议**
## 2.1 SPI通信方式和特点
### 2.1.1 SPI通信的四种模式
SPI通信模式定义了主从设备之间时钟极性和相位的关系,共有四种模式,分别为:
| 模式 | 时钟极性 | 时钟相位 |
|---|---|---|
| 0 | 低电平有效 | 数据在时钟上升沿采样 |
| 1 | 低电平有效 | 数据在时钟下降沿采样 |
| 2 | 高电平有效 | 数据在时钟上升沿采样 |
| 3 | 高电平有效 | 数据在时钟下降沿采样 |
### 2.1.2 SPI通信的时序图
SPI通信时序图描述了主从设备之间数据传输的时序关系。以下为SPI通信的典型时序图:
```mermaid
sequenceDiagram
participant Master
participant Slave
Master->Slave: SCLK
Slave->Master: MOSI
Master->Slave: MISO
Slave->Master: SCLK
```
## 2.2 SPI通信协议解析
### 2.2.1 SPI通信帧格式
SPI通信帧由数据位和控制位组成。数据位用于传输实际数据,控制位用于同步和控制通信过程。SPI通信帧格式如下:
```
+---------------------------------+
| Start Bit | Data Bits (MSB First) | Stop Bit |
+---------------------------------+
```
- Start Bit:开始位,表示帧的开始。
- Data Bits:数据位,传输实际数据,MSB(最高有效位)先传输。
- Stop Bit:停止位,表示帧的结束。
### 2.2.2 SPI通信控制信号
SPI通信中使用三个控制信号:
- SCLK(时钟信号):主设备产生的时钟信号,用于同步数据传输。
- MOSI(主输出从输入):主设备输出、从设备输入的数据信号。
- MISO(主输入从输出):主设备输入、从设备输出的数据信号。
# 3. 单片机SPI通信硬件配置**
### 3.1 单片机SPI硬件模块介绍
#### 3.1.1 SPI模块的寄存器结构
SPI模块通常由以下寄存器组成:
| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| **SPCR** | SPI控制寄存器,用于配置SPI模式、时钟极性和相位 |
| **SPSR** | SPI状态寄存器,指示SPI状态和中断标志 |
| **SPDR** | SPI数据寄存器,用于发送和接收数据 |
#### 3.1.2 SPI模块的配置和控制
SPI模块的配置和控制主要通过SPCR寄存器进行。SPCR寄存器中包含以下关键位:
| 位 | 描述 |
|---|---|
| **MSTR** | 主/从模式选择位 |
| **CPOL** | 时钟极性选择位 |
| **CPHA** | 时钟相位选择位 |
| **SPR0-SPR2** | 时钟预分频器选择位 |
通过设置这些位,可以配置SPI模块的工作模式、时钟极性和相位,以及时钟预分频器。
### 3.2 SPI通信接口电路设计
#### 3.2.1
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