原创 AVR学习日志(五十四)—学习使用SPI串行通信

         这是前两天写的关于SPI的测试函数，先简单的复习一下SPI的全称是Serial Peripheral Interface，即串行外围接口，它是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种四线同步总线。SPI接口的器件包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，SPI接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比I2C总线要快,速度可达到几Mbps，具体速度大小取决于SPI接口的硬件。

    SPI接口是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件,懒猫以前曾用过SPI的器件，但都用用单片机的通用IO口模拟的，没有真正的用过单片机自带的SPI，模拟的SPI虽然能传输数据，但是时钟可能不是太精确，所以速度高时可能会丢失数据。今天懒猫就试着用一下单片自带的SPI做一下实验。

    懒猫先的SPI器件是美国微芯公司生产带SPI接口的数字温度传感器，它达到10 位的分辨率(0.25℃/位)，工作电压在2.65V到5.5V之间，功耗也不是很高连续温度转换模式下，消耗的电流是250微安，在判断模式下消耗的电流约为1微安。具体的参数可以参看TC72的数据手册。本次实验的仿真电路很简单，TC72的SPI接口与单片机的SPI接口相连，单片机的串口输出再接一个虚拟终端，用于显示测量的温度值。软件仿真电路由Proteus7.4所作，只有7.4或以上版本才能打开仿真电路，仅在调试程序时辅助使用，不能用于实际设计，具体设计请详细阅读芯片数据手册。软件仿真电路如下所示：

图1-1 电路原理图

      简单说一下软件部分，软件分三个文件，第一个是main.c包括主要的处理函数，第二个是SPI_TC72.h主要是TC72的一些驱动函数，第三个是usart.h它里面包括串口发送与接收的一些函数。在main.c中用到sprintf函数，它是一个变参函数，包含在stdio.h这个头文件中，它的函数原型是int sprintf( char *buffer, const char *format [, argument] … ); 返回值是字符串长度（strlen）。关于这个函数的具体应用可以查阅相关资料，也可以上网上查找，因为这个函数可能导致溢出错误，所以网上能搜出一大堆关于这个函数的话题，这里懒猫就不多啰嗦了。下面贴出测试程序：

一、main.c

/**********************************************************************************

//文件名称：main.c

//功    能：学习使用SPI接口的温度传感器TC72

//作    者：懒猫爱飞

//建立日期：2010.12.14

//备    注：MCU-ATmega8515 开发环境-winavr100110  Crystal-8MHz

***********************************************************************************/

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

#include <inttypes.h> //关于数据类型的一些定义

#include <stdint.h>    //同样是一些数据类型的定义

#include <math.h>

#include <stdio.h>

#include "usart.h"

#include "SPI_TC72.h"

//the macro about SPI enable or disable

#define SPI_EN()         PORTB &= ~_BV(PB4)

#define SPI_DIS()   PORTB |= _BV(PB4)

/****************************************************************

//函数名称：Port_init(void)

//功    能：端口初始化

//入口参数：无

//出口参数：无

*****************************************************************/

void Port_init(void)

{

              DDRA  = 0xff;                                         //A口输出口

              PORTA = 0x00;

              DDRB  = 0xff;                      //B口输出

              PORTB = 0x00;

              DDRC  = 0x00;                                        //C口输入

              PORTC = 0x00;

              DDRD  = 0xff;                                         //D口输出

              PORTD = 0x00;

}

/**********************************************************************************

//函数名称：int main(void)

//功    能：主函数

//入口参数：NULL

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

int main(void)

{

    int d,f;

              float cur_temp = 0.00;

              float pre_temp = 0.00;

     unsigned char T[2];

              char dis_buf[50];

    Port_init();

              usart_init();

    spi_mast_init();

              sprintf(dis_buf,"By : LanMaoAiFei ^_^\r\n2010-12-15 night \r\n\r\n");

              send_string(dis_buf);

              config_TC72();         //配置TC72

              _delay_ms(200);

    //读取并显示制造商ID

              sprintf(dis_buf,"Manufacture ID is : 0x%02X\r\n",read_TC72_ID());

              send_string(dis_buf);

              //提示开始读取温度值

              send_string("Begin read temperature from TC72...\r\n");

              while(1)

              {

                            read_tc72_temp(T);             //第一次读取数据

        cur_temp = convert_data(T);    //格式转换

                            read_tc72_temp(T);             //再一次读取数据

        if(cur_temp != convert_data(T))

                            {

                                          continue;                  //如果连续两次读取的温度不一致则继续

                            }

        if(cur_temp == pre_temp)    

                            {

                                          continue;                  //如果温度值未变化，继续采集

                            }

        pre_temp = cur_temp;           //否则更新当前值

        d = (int)cur_temp;             //整数部分

                            f = (int)(fabs(cur_temp - d)*100);    //小数部分

        //发送数值

                            sprintf(dis_buf,"T[0]:0x%02X  T[1]:0x%02X --> %3d.%2d‘C \r\n",T[0],T[1],d,f);

                  send_string(dis_buf);         //串口输出采集结果

              }

              return 0;

}

二、 SPI_TC72

/**********************************************************************************

//文件名称：SPI_TC72.h

//功    能：关于传感器的一些函数及一些宏定义

//作    者：懒猫爱飞

//建立日期：2010.12.14

//备    注：MCU-ATmega8515 开发环境-winavr100110  Crystal-8MHz

***********************************************************************************/

#ifndef __SPI_TC72_H__

#define __SPI_TC72_H__

#include <avr/io.h>

#include <util/delay.h>

//SPI使能与禁止（因为TC72是高电平使能，低电平禁用，所以注意宏定义）

#define TC72_EN()    PORTB |= _BV(PB4)

#define TC72_DIS()   PORTB &= ~_BV(PB4)

//TC72寄存器地址定义

#define TC72_CTRL                  0x80     //控制寄存器

#define TC72_TEMP_LSB      0x01     //温度低字节

#define TC72_TEMP_MSB    0x02     //温度高字节

#define TC72_MANU_ID       0x03     //制造商ID

/**********************************************************************************

//函数名称：void spi_mast_init(void)

//功    能：SPI主控模式初始化函数

//入口参数：NULL

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

void spi_mast_init(void)

{

              DDRB  = 0B10110000;                                                    //PB4 - OUT, PB5 - OUT, PB6 - IN, PB7 - OUT

              PORTB = 0xFF;

              SPCR |= _BV(SPE)|_BV(MSTR)|_BV(SPR0);            //使能SPI,

}

/**********************************************************************************

//函数名称：int8_t spi_transmit(int8_t dat)

//功    能：SPI数据传输函数

//入口参数：dat - 要传送的数据

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

unsigned char spi_transmit(unsigned char dat)

{

              SPDR = dat;                   //发送数据

              while(!(SPSR & _BV(SPIF)));   //等待结束

              SPSR |= _BV(SPIF);            //清中断标志

              return SPDR;

}

/**********************************************************************************

//函数名称：void write_TC72_dat(unsigned char addr,unsigned char dat)

//功    能：向TC72指定地址写入一个数据

//入口参数：dat - 要传送的数据    addr - 寄存器地址

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

void write_TC72_dat(unsigned char addr,unsigned char dat)

{

              TC72_EN();

    spi_transmit(addr);    //写地址

              spi_transmit(dat);     //写入数据

              TC72_DIS();

}

/**********************************************************************************

//函数名称：void config_TC72(void)

//功    能：配置TC72

//入口参数：NULL

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

void config_TC72(void)

{

              write_TC72_dat(TC72_CTRL,0x15);    //配置为单次转换与判断模式          

}

/**********************************************************************************

//函数名称：unsigned char read_TC72_ID(void)

//功    能：读TC72制造商ID

//入口参数：NULL

//出口参数：ID

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

unsigned char read_TC72_ID(void)

{

              unsigned char ID;

              TC72_EN();

              spi_transmit(TC72_MANU_ID);

              ID = spi_transmit(0xFF);

              TC72_DIS();

              return ID;

}

/**********************************************************************************

//函数名称：void read_tc72_temp(unsigned char t[])

//功    能：从TC72中读取2字节温度数据

//入口参数：NULL

//出口参数：t[0] t[1]

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

void read_tc72_temp(unsigned char t[])

{

              config_TC72();    //配置TC72

              _delay_ms(200);

              TC72_EN();

    spi_transmit(TC72_TEMP_MSB);    //发送读取温度高字节命令

    t[1] = spi_transmit(0xFF);      //读取高位

              t[0] = spi_transmit(0xFF);      //读取低位

    TC72_DIS();

}

/**********************************************************************************

//函数名称：float convert_data(unsigned char t[])

//功    能：将读取的2字节温度数据转换为十进制温度

//入口参数：NULL

//出口参数：t[0] t[1]

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

float convert_data(unsigned char t[])

{

              float TempX = 0.0;        //浮点温度值

              char sign = 1;         //正负标识，默认为正数

              t[1] <<= 1;               //先左移一位,再处理

              if(t[0] & 0x80)

              {

                            t[1] |= 0x01;

              }

              t[0] <<= 1;              //先左移一位,再处理

              if(t[1] & 0x80)          //如果高位为负，将两字节取反加1

              {

                            t[1] = ~t[1];        //t[1] 取反(高位取反)

                            t[0] = ~t[0]+1;      //t[0] 取反加1（代位）

                            if(t[0] == 0x00)

                            {

                                          t[1] += 0x01;   //如果t[0]取反加1后为0x00刚进位

                            }

                            sign = -1;          //设“-”符号

              }

              TempX = (float)t[1];   //得到整数部分

              if(t[0]&0x80)          //分别累加两位小数部分

              {

                            TempX += 0.5;

              }

    if(t[0]&0x40)

              {

                            TempX += 0.25;

              }

              return sign*TempX;      //返回带符号的温度值

}

#endif

三、Usart.h

/**********************************************************************************

//文件名称：usart.h

//功    能：关于串口的一些函数

//作    者：懒猫爱飞

//建立日期：2010.12.14

//备    注：MCU-ATmega8515 开发环境-winavr100110  Crystal-8MHz

***********************************************************************************/

#ifndef __USART_H__

#define __USART_H__

#include <avr/io.h>

#define F_CPU 8000000UL    //8MHz 晶振

#define uint  unsigned int

#define uchar unsigned char

/**********************************************************************************

//函数名称：void usart_init(void)

//功    能：串口初始化

//入口参数：NULL

//出口参数：NULL

//备    注：NULL

***********************************************************************************/

void usart_init(void)

{

              UCSRB |= _BV(RXEN)|_BV(TXEN);                                             //允许接收与发送

              UCSRC |= _BV(URSEL)|_BV(UCSZ1)|_BV(UCSZ0);              //8位数据，1位停止位

    UBRRL = (F_CPU /9600 /16 -1)%256;           //波特率9600

              UBRRH = (F_CPU /9600 /16 -1)/256;

}

/****************************************************************

//函数名称：void send_byte(uchar C)

//功    能：发送字符

//入口参数：C

//出口参数：无

*****************************************************************/

void send_byte(uchar C)

{

 while(!(UCSRA&(1<<UDRE)));    //wait for empty

 UDR=C;                        // send the data

}

/****************************************************************

//函数名称：void Sendstring(uchar *pd)

//功    能：发送字符串

//入口参数： *pd

//出口参数：无

*****************************************************************/

void send_string(uchar *pd)

{

  while((*pd)!='\0') //发送字符串，直到遇到0才结束

  {

   send_byte(*pd); //发送一个字符

   pd++;  //移动到下一个字符

  }

}

const uchar HexTable[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};

/****************************************************************

//函数名称：void SendShortIntHex(uint x)

//功    能：以十六进制形式发送整数x

//入口参数：x

//出口参数：无

*****************************************************************/

void SendShortIntHex(uint x)

{

 uchar i;

 uchar display_buffer[7];

 display_buffer[6]=0;

 display_buffer[0]='0';

 display_buffer[1]='x';

 for(i=5;i>=2;i--) //将整数转换为4个字节的HEX值

  {

   display_buffer=HexTable[(x&0xf)];