原创 基于51单片机的SPI总线

基于51单片机的SPI总线

    单片机与其它芯片或设备之间的数据传输在单片机的应用中具有重要的地位，单片机本身的数据传输接口过去主要为8位并行数据接口或异步串行通信接口，但电子技术的迅速发展使得许多新的数据传输接口标准不断涌现，大多数的51单片机并没有在硬件中集成这些新的数据传输接口。

SPI（Serial Peripheral Interface)总线是由Motorola公司提出的一种同步串行外围接口，采用三或四根信号线 。51单片机一般并没有在硬件中集成这种新的接口，所以要用软件来进行模拟。

1  硬件设计

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

在桌面上双击图标，打开ISIS 7 Professional窗口（本人使用的是v7.4 SP3中文版）。单击菜单命令“文件”→“新建设计”，选择DEFAULT模板，保存文件名为“SPI.DSN”。在器件选择按钮中单击“P”按钮，或执行菜单命令“库”→“拾取元件／符号”，添加如下表所示的元件。

若用Proteus软件进行仿真，则上图中的两只晶体、U1的复位电路和U1的31脚以及电池都可以不画，它们大都是默认的。

在ISIS原理图编辑窗口中放置元件，再单击工具箱中元件终端图标，在对象选择器中单击POWER或GROUND放置电源或地。放置好元件后，布好线。左键双击各元件，设置相应元件参数，完成电路图的设计。

2  软件设计

采用AT89C51以及日历芯片DS1302和1602LCD组成时钟的流程图如下所示。

本例主要目的是如何用软件模拟SPI总线对DS1302进行读、写，其详细详细C51程序如下。

//实例：基于DS1302的日历时钟

#include<reg51.h>     //包含单片机寄存器的头文件

#include<intrins.h>   //包含_nop_()函数定义的头文件

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

以下是DS1302芯片的操作程序

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

unsigned char code digit[10]={"0123456789"};  

//定义字符数组显示数字

sbit DATA="P1"^1;   //位定义1302的数据输出端定义在P1.1引脚

sbit RST="P1"^2;    //位定义1302的复位端口定义在P1.2引脚

sbit SCLK="P1"^0;   //位定义1302的时钟输出端口定义在P1.0引脚

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

函数功能：延时若干微秒

入口参数：n

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

void delaynus(unsigned char n)

{

    unsigned char i;

   for(i=0;i<n;i++)

      ;

}

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

函数功能：向1302写一个字节数据

入口参数：dat

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

void Write1302(unsigned char dat)

{

    unsigned char i;

  SCLK=0;            //拉低SCLK，为脉冲上升沿写入数据做好准备

  delaynus(2);       //稍微等待，使硬件做好准备

  for(i=0;i<8;i++)      //连续写8个二进制位数据

    {

         DATA=dat&0x01;    //取出dat的第0位数据写入1302

         delaynus(2);       //稍微等待，使硬件做好准备

         SCLK=1;           //上升沿写入数据

         delaynus(2);      //稍微等待，使硬件做好准备

         SCLK=0;           //重新拉低SCLK，形成脉冲

         dat>>=1;   //将dat的各数据位右移1位，准备写入下一个数据位

     }

}

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

函数功能：根据命令字，向1302写一个字节数据

入口参数：Cmd，储存命令字；dat，储存待写的数据

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

void WriteSet1302(unsigned char Cmd,unsigned char dat)

{

    RST=0;           //禁止数据传递

       SCLK=0;          //确保写数居前SCLK被拉低

    RST=1;           //启动数据传输

    delaynus(2);     //稍微等待，使硬件做好准备

    Write1302(Cmd);  //写入命令字

    Write1302(dat);  //写数据

    SCLK=1;          //将时钟电平置于已知状态

    RST=0;           //禁止数据传递

}

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

函数功能：从1302读一个字节数据

出口参数：dat

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

 unsigned char Read1302(void)

{

    unsigned char i,dat;

    delaynus(2);       //稍微等待，使硬件做好准备

    for(i=0;i<8;i++)   //连续读8个二进制位数据

    {

         dat>>=1;       //将dat的各数据位右移1位

         if(DATA==1)    //如果读出的数据是1

         dat|=0x80;    //将1取出，写在dat的最高位

         SCLK=1;       //将SCLK置于高电平，为下降沿读出

         delaynus(2);  //稍微等待

         SCLK=0;       //拉低SCLK，形成脉冲下降沿

         delaynus(2);  //稍微等待

    }   

  return dat;        //将读出的数据返回

}

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

函数功能：根据命令字，从1302读取一个字节数据

入口参数：Cmd   出口参数：dat

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

unsigned char  ReadSet1302(unsigned char Cmd)

{

    unsigned char dat;

  RST=0;                 //拉低RST

  SCLK=0;                //确保写数居前SCLK被拉低

  RST=1;                 //启动数据传输

  Write1302(Cmd);       //写入命令字

  dat=Read1302();       //读出数据

  SCLK=1;              //将时钟电平置于已知状态

  RST=0;               //禁止数据传递

  return dat;          //将读出的数据返回

}

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

函数功能： 1302进行初始化设置

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

void Init_DS1302(void)

{ 

    WriteSet1302(0x8E,0x00);  //写入不保护指令

  WriteSet1302(0x80,((0/10)<<4|(0%10)));   //写入秒的初始值

    WriteSet1302(0x82,((0/10)<<4|(0%10)));   //写入分的初始值

    WriteSet1302(0x84,((12/10)<<4|(12%10))); //写入小时的初始值

    WriteSet1302(0x86,((24/10)<<4|(24%10))); //写入日的初始值

    WriteSet1302(0x88,((4/10)<<4|(4%10))); //写入月的初始值

    WriteSet1302(0x8c,((10/10)<<4|(10%10)));   //写入年的初始值

}

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

以下是对液晶模块的操作程序

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

sbit RS="P2"^0;           //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚

sbit RW="P2"^1;           //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚

sbit E="P2"^2;            //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚

sbit BF="P0"^7;           //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚

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

函数功能：延时1ms

(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒

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

void delay1ms()

{

    unsigned char i,j;  

    for(i=0;i<10;i++)

    for(j=0;j<33;j++)

       ;          

}

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

函数功能：延时若干毫秒

入口参数：n

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

void delaynms(unsigned char n)

{

    unsigned char i;

    for(i=0;i<n;i++)

       delay1ms();

}

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

函数功能：判断液晶模块的忙碌状态

返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙

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

bit BusyTest(void)

{

      bit result;

      RS=0;      //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态

    RW=1;

    E=1;        //E=1，才允许读写

    _nop_();   //空操作

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();   //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    result=BF;  //将忙碌标志电平赋给result

    E=0;         //将E恢复低电平

    _nop_();

      _nop_();

      _nop_();

      _nop_();

    return result;

}

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

函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块

入口参数：dictate

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

void WriteInstruction (unsigned char dictate)

{  

    while(BusyTest()==1);   //如果忙就等待

    RS=0;        //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令

    RW=0;  

    E=0;     //E置低电平，为了让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

    _nop_();

    _nop_();               //空操作两个机器周期，给硬件反应时间

    P0=dictate;            //将数据送入P0口，即写入指令或地址

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=1;                   //E置高电平

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=0;         //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

   _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

}

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

函数功能：指定字符显示的实际地址

入口参数：x

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

void WriteAddress(unsigned char x)

{

    WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法为"80H+地址码x"

}

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

函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块

入口参数：y(为字符常量)

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

void WriteData(unsigned char y)

{

    while(BusyTest()==1); 

    RS=1;           //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据

    RW=0;

    E=0;     //E置低电平，为了让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

  P0=y;           //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块

    _nop_();

    _nop_();

   _nop_();

    _nop_();       //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=1;           //E置高电平

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();        //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=0;         //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

   _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

}

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

函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置

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

void LcdInitiate(void)

{

      delaynms(15);       //首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间

    WriteInstruction(0x38);

//显示模式设置:16×2显示,5×7点阵,8位数据

      delaynms(5);                //给硬件一点反应时间

    WriteInstruction(0x38);

      delaynms(5);               //给硬件一点反应时间

      WriteInstruction(0x38);     //连续三次，确保初始化成功

      delaynms(5);               //给硬件一点反应时间

      WriteInstruction(0x0c); 

//显示模式设置:显示开,无光标,光标不闪烁

    delaynms(5);               //给硬件一点反应时间

    WriteInstruction(0x06);     //显示模式设置：光标右移，字符不移

    delaynms(5);                //给硬件一点反应时间

    WriteInstruction(0x01);     //清屏幕指令，将以前的显示内容清除

    delaynms(5);             //给硬件一点反应时间

}

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

以下是1302数据的显示程序

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

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

函数功能：显示秒

入口参数：x

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

void DisplaySecond(unsigned char x)

{

    unsigned char i,j;     //i,j分别储存秒的十位和个位

    i=x/10;                  //取十位

    j=x%10;                 //取个位    

    WriteAddress(0x49);    //写显示地址,将在第2行第7列开始显示

    WriteData(digit);    //将十位数字的字符常量写入LCD