SPI外设与MAX7651处理器的接口

本文介绍如何将 GPIO 端口连接到 SPI 外设。它定义了SPI协议的基础知识，信号和SCK信号的四种传输变体。包括一个软件程序，用于使用MAX7651实现SPI接口，MAX12是一种闪存可编程的<>位集成数据采集系统。

介绍

The SPI™总线是许多微处理器外设芯片使用的4线串行通信接口。MAX7651微处理器不包括实现接口的专用硬件。但是，图中显示了可以向SPI外设发送和接收数据的简单软件例程。

SPI接口的4个引脚如下：

SCK（串行数据时钟）：数据在SCK的上升沿或下降沿上移动/锁定（请参阅下一节）。

MOSI（主输出/从输入）：如果芯片是主设备，则数据从此引脚传输出去，如果芯片是从设备，则数据传输到此引脚。

MISO（主输入/从输出）：如果芯片是主设备，则数据接收到此引脚，如果芯片是从设备，则从该引脚传输出去。

/CS（芯片选择，低电平有效）：告知外围设备传输即将开始。

SPI协议定义了SCK相位和极性的四种数据组合。如果芯片具有设置这四种状态的控制位，则它们通常称为CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）。SPI 始终以 8 位块传输数据。您可以根据需要传输任意数量的 8 位块。例如，16 位写入从前 8 位开始到第 <> 位结束断言/CS。

CPOL	CPHA	Transfer
0	0	SCK上升沿转移。 SCK 在位定时中间进行转换。
1	0	SCK 落边转移。 SCK 在位定时中间进行转换。
0	1	SCK 落边转移。 SCK 在位时序开始时转换。
1	1	SCK上升沿转移。 SCK 在位时序开始时转换。

在读取SPI外设的数据手册时，通常会看到对SPI模式的引用为CPOL = 0、CPHA = 0等，即使芯片本身在物理上不包含这些位定义。相反，SPI接口是“硬连线”的，以发送/接收数据，就好像CPOL和CPHA位已设置为0一样。例如，MAX5154 12位DAC采用SPI接口，具有上升沿中位数据传输功能。这对应于CPOL = 0，CPHA = 0协议。因为这是迄今为止最常见的SPI传输，所以这就是我们将要讨论的示例代码。下图来自MAX5154数据资料。信号/CS是SPI信号Active-Low SS，SCLK是SCK，DIN将连接到MODI，因为外设是从机，只有一个输入（没有回读）。这部分在传输中使用 16 位。

图1.串行接口时序图。

代码示例：8 位数据传输

以下示例是最常见的 SPI 传输类型，CPO = 0，CPHA = 0。该例程不假设MAX7651的时钟速度，因为I/O端口位只是尽可能快地“位敲击”。数据传输时间显示在本节末尾。

图2所示为MAX7651/MAX7652与SPI外设之间的典型连接。

图2.通用 SPI 连接。

注释字段中的数字 {N} 是执行指令的时钟周期数。

;用于 8 位外设的 SPI 数据传输。MAX7651为主站;外围是奴隶。
;
;使用以下SPI定义的引脚。（某些外围设备是写入的 仅，因此只需要 3 根电线。
;SCK：数据传输时钟
;MISO：主输入数据（来自外设），并不总是使用
;MOSI：主输出数据（到外设）;
SS：从选择（低电平有效）)
;

SCK	EQU	P1.0
MISO	EQU	P1.1
MOSI	EQU	P1.2
CS	EQU	小1.3	;使用端口 1，但这是 100% 任意的。使用任何可用的 引 脚。

;
;现在我们需要使用MAX7651中的一些内部RAM作为数据存储。
;为了执行速度，其中两个变量必须位于 RAM 区域
;这允许在字节内进行位寻址。在MAX7651中，RAM空间对应于
;到地址 20H 到 2FH。低于 20H 或高于 2FH 的地址不能被位寻址！

SPI_In	EQU	20+	;从从属设备读取 8 位的结果。
SPI_Out	EQU	21+	;我们希望发送给奴隶的数据。

;
;最后，我们需要一个循环计数器来跟踪发送 8 位。
;这可以是“R”寄存器 （R0-R7） 或
;任何 RAM 寄存器（不必是位可寻址的）。让我们使用
内存 ;注册。

LOOP

EQU

30+

;可以在地图中的任何位置;这只是一个例子。

;
;假设调用时，已经设置了片选位SS 到 1.

SPI_IO:	CLR	SCK	; SCK starts off low. {1}
	CLR	CS	; Clearing CS begins the data transfer. {1}
	SETB	MISO	; To be used as input, must be set internally. {1}
	MOV	LOOP,#8	; Eight bits to transfer. {3}
XFER:	MOV	C,SPI_Out.7	; Move bit 7 into Carry (SPI is MSB first). {2}
	MOV	MOSI,C	; I/O port reflects the Carry bit, which is the Data bit. {2}
	SETB	SCK	; Generate SCK rising edge, after Data is stable. {1}
	MOV	C,MISO	; Read data from Slave into Carry (optional). {2}
	MOV	SPI_In.7,C	; Copy into the received data byte, bit-7 position. {2}
	CLR	SCK	; Generate SCK falling edge, after data read in. {1}
	MOV	A,SPI_Out	; Accumulator is temp holder for shift operation. {2}
	RL	A	; Rotate left (but not through Carry!). {1}
	MOV	SPI_Out, A	; Prepare bit 7 for next transfer to Slave. {2}
	MOV	A,SPI_In	; Get previous Slave read data. {2}
	RL	A	; Rotate left to get next bit position into proper spot. {1}
	MOV	SPI_In,A	; Save result. {2}
	DJNZ	LOOP,XFER	; Decrement LOOP. Jump if not zero to XFER. {3}
; Transfer done.
	SETB	CS	; De-assert chip select. {1}
	.END		; Tell assembler code completed.

传输 8 位（读取和写入从属）的 CPU 周期总数为 6 + 8 × 23 + 1 = 191。仅供读取或写入，总数为 6 + 8 × 18 + 1 = 151 个 CPU 周期。下表给出了使用MAX7651常用时钟速度的各种传输速率。

MAX7651时钟速度	位传输时间	总读/写 传输时间
12兆赫	7.95us （~125KHz）	63.6秒
11.0592兆赫	8.63us （~116KHz）	69.08秒
4兆赫	23.88us （~41.9KHz）	191us

从此表中，我们可以看到最快的SPI字节传输约为15.7KHz，而最慢的速率为5.2KHz。这比专用的1MHz SPI硬件端口慢得多！因此，如果MAX7651用作从机，则必须将SPI主机设置为最慢的位传输速度（125KHz），MAX7651必须工作在12MHz时钟速度。

审核编辑：郭婷