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SPI總線在51系列單片機系統中的實現
摘要：MCS51系列、MCS96系列等單片機由于都不帶SPI串行總線接口而限制了其在SPI總線接口器件的使用。文中介紹了SPI串行總線的特征和時序，并以串行E2PROM為例，給出了在51系列單片機上利用I/O口線實現SPI串行總線接口的方法和軟件設計程序。關鍵詞：單片機 SPI串行總線 總線接口
1 引言
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設接口)總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設置FLASHRAM、網絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線系統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MOST和低電平有效的從機選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT或INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數據線MOSI)。由于SPI系統總線一共只需3～4位數據線和控制即可實現與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進行接口，而擴展并行總線則需要8根數據線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設計，節省很多常規電路中的接口器件和I/O口線，提高設計的可靠性。由此可見，在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機組成的智能儀器和工業測控系統中，當傳輸速度要求不是太高時，使用SPI總線可以增加應用系統接口器件的種類，提高應用系統的性能。
2 SPI總線的組成
利用SPI總線可在軟件的控制下構成各種系統。如1個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構成多主機系統（分布式系統）、1個主MCU和1個或幾個從I/O設備所構成的各種系統等。在大多數應用場合，可使用1個MCU作為控機來控制數據，并向1個或幾個從外圍器件傳送該數據。從器件只有在主機發命令時才能接收或發送數據。其數據的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。SPI總線接口系統的典型結構如圖1所示。
當一個主控機通過SPI與幾種不同的串行I/O芯片相連時，必須使用每片的允許控制端，這可通過MCU的I/O端口輸出線來實現。但應特別注意這些串行I/O芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數據輸出是否有三態控制端。平時未選中芯片時，輸出端應處于高阻態。若沒有三態控制端，則應外加三態門。否則MCU的MISO端只能連接1個輸入芯片。其次是輸出芯片的串行數據輸入是否有允許控制端。因此只有在此芯片允許時，SCK脈沖才把串行數據移入該芯片；在禁止時，SCK對芯片無影響。若沒有允許控制端，則應在外圍用門電路對SCK進行控制，然后再加到芯片的時鐘輸入端；當然，也可以只在SPI總線上連接1個芯片，而不再連接其它輸入或輸出芯片。
3 在MCS51系列單片機中的實現方法
對于不帶SPI串行總線接口的MCS51系列單片機來說，可以使用軟件來模擬SPI的操作，包括串行時鐘、數據輸入和數據輸出。對于不同的串行接口外圍芯片，它們的時鐘時序是不同的。對于在SCK的上升沿輸入（接收）數據和在下降沿輸出（發送）數據的器件，一般應將其串行時鐘輸出口P1.1的初始狀態設置為1，而在允許接口后再置P1.1為0。這樣，MCU在輸出1位SCK時鐘的同時，將使接口芯片串行左移，從而輸出1位數據至MCS51單片機的P1.3口（模擬MCU的MISO線），此后再置P1.1為1，使MCS51系列單片機
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