1. 基于proteus的51单片机开发实例28-SPI总线的读写1.1. 实验目的

图1 SPI串行总线的读写

在之前的实例中，我们已经学习了RS-232串行总线的读写，I2C总线的读写，本实例中，我们将要学习SPI总线的读写。本实例学完后，我们就全部学习了单片机系统最常用的三种串行总线：串口、I2C、SPI。

1.2. 设计思路

本例通过51单片机连接控制SPI总线器件X5045，使用SPI总线通信协议对X5045进行数据读写，并把写入的数据和读出的数据分别通过51单片机P0和P2口连接的8个LED显示出来，用以对比写入和读出的数据是否相同。

1.3. 基础知识

我们之前学过的RS-232串口属于异步串行接口，而SPI总线属于同步串行接口。SPI串行通信在单片机系统中有着广泛应用。

单片机与RS-232串口通信时，需要RXD（数据接收）和TXD（数据发送）两根线。

单片机与I2C串口通信时，需要SCL（总线时钟）和SDA（数据收发）两根线。

单片机与SPI串口通信时，需要SCK（总线时钟）、MISO（主机接收、从机发送）和MOSI（主机发送、从机接收）三根线。

下面我们结合X5045来了解SPI的基础知识。

X5045主要功能：单片机上电复位控制，看门狗定时器，降压管理，写保护功能的EEPROM数据存储器。

下图是x5045的引脚图。

图2 X5045引脚图

下图是X5045内部结构图。

图3 X5045内部结构

下图是X5045引脚功能说明。

图4 X5045引脚功能

图5 X5045引脚功能（续）

本实例我们主要通过X5045来了解SPI串行总线，所以对X5045的其它功能留待后续实例讲解。

X5045与单片机之间的串口通信，必须在严格的指令控制下进行。X5045的控制是通过其内部的一个8位指令寄存器进行。它可以通过SI引脚访问，数据在SCK的上升沿由同步时钟脉冲控制输入。在整个X5045工作期间，片选端口CS必须保持低电平，写保护引脚WP必须保持高电平。

X5045一共有6条操作指令。如下图所示。所有指令、地址、数据都是以高位在前的方式传送。输入的数据在CS变为低电平之后的SCK第一个上升沿被采用。

图6 X5045指令

向存储器写数据协议：

首先CS置低电平以选中芯片，然后写入WREN（写允许）指令，接着将CS拉到高电平，然后再次将CS拉到低电平，随后写入WRITE指令并跟随欲写入的8位地址。WRITE指令的第3位用于确定存储器的上半区和下半区。如果没有在WREN和WRITE两个指令之间将CS变为高电平，WRITE指令将被忽略，最后需要将CS变为高电平。

从存储器读数据协议：

首先将CS拉低以选中芯片，然后写入READ（读出）指令，跟着写入欲读出数据的8位地址。READ指令的第3位用以确定存储器的上半区和下半区。在读操作指令码发送完毕后，所选中地址单元的数据将通过SO引脚送出，最后还需要将CS拉到高电平。

1.4. 电路设计

本实例电路图如图1所示。单片机P3口连接X5045。同时单片机的P0口和P2口分别连接8个LED，用以指示写入和读出的数据是否一致。

1.5. 程序设计

本实例程序代码如下。由于51单片机没有内置SPI模块，所以本例中我们仍然使用模拟SPI时序的方法实现SPI总线的读、写操作。

#include<reg51.h>   #include<intrins.h> sbit SCK=P3^3;       //SCK引脚定义sbit SI=P3^4;        //SI引脚定义sbit SO=P3^5;        //SO引脚定义sbit CS=P3^6;        //CS引脚定义#define WREN 0x06    //写使能锁存器允许#define WRDI 0x04    //写使能锁存器禁止#define WRSR 0x01    //写状态寄存器#define READ 0x03    //读数据#define WRITE 0x02   //写数据//延时1msvoid delay1ms();//延时 Counter*1ms void delaynms(unsigned int Counter); //从当前地址读数据unsigned char ReadCurrent(void);//向当前地址写数据void WriteCurrent(unsigned char WriteData);//写状态寄存器void WriteSR(unsigned char RegistData);//写数据到指定地址void WriteSet(unsigned char Writedata,unsigned char WriteAddr);//从指定地址读数据unsigned char ReadSet(unsigned char ReadAddr);//看门狗喂狗void WatchDog(void);//void main(void){ 	unsigned char ucWriteDataTmp=1,ucReadDataTmp;		P0=0xff;	P0=0x00;  WriteSR(0x12);        //写状态寄存器：看门狗溢出时间600ms，没有写保护  delaynms(10);         //x5045写入周期约为10ms  while(1)  {		WatchDog();           //喂狗			P0=ucWriteDataTmp;//在P0口指示要写入的数据	 WriteSet(ucWriteDataTmp,0x10);  //向指定地址写入数据		 delaynms(10);         //x5045写入周期约为10ms   ucReadDataTmp=ReadSet(0x10);      //从指定地址读出数据		P2=ucReadDataTmp;//在p2口指示读出的数据    WatchDog();           //喂狗		delaynms(400);         //延时一会，有时间看到LED显示的数值		ucWriteDataTmp++;//写入的数据+1  }}//延时1msvoid delay1ms(){   unsigned char i,j;	  	 for(i=0;i<10;i++)	  for(j=0;j<33;j++)	   ;		  }//延时若干ms void delaynms(unsigned int Counter) {   unsigned int i;	 	for(i=0;i<Counter;i++)	   delay1ms(); }//读当前地址数据unsigned char ReadCurrent(void){  	unsigned char i;	unsigned char ReadTmp=0x00;      		SCK=1;                     //SCK拉高   for(i = 0; i < 8; i++)//一个字节8位，循环8次	{	   SCK=1;                 	   SCK=0;                 //SCK下降沿时输出数据	   ReadTmp<<=1;  //接收的数据是最高位	   		ReadTmp|=(unsigned char)SO;  //读出SO上的数据      	}	return(ReadTmp);   //返回读出的数据 } //写数据到当前地址void WriteCurrent(unsigned char WriteData){   unsigned char i;		SCK=0;                 //SCK拉低  for(i = 0; i < 8; i++)  // 一个字节8位，循环写入	{	 SI=(bit)(WriteData&0x80);   //取所写数据最高位，送到SI		                    //传送顺序是高位在前	 SCK=0;	 SCK=1;               //SCK上升沿时，写入数据    WriteData<<=1;   //数据左移，始终保持发送最高位  }}//void WriteSR(unsigned char RegistData){	 CS=0;                 //CS拉低，选中芯片	 WriteCurrent(WREN);   //写使能锁存器允许	 CS=1;                 //CS拉高	 CS=0;                 //CS拉低，否则后面写指令会被忽略	 WriteCurrent(WRSR);   //写状态寄存器	 WriteCurrent(RegistData);     //写入新设置的状态	 CS=1;                 //CS拉高}//void WriteSet(unsigned char Writedata,unsigned char WriteAddr){  	SCK=0;                 //SCK拉低   CS=0;                  //CS拉低，选中芯片	WriteCurrent(WREN);    //写使能锁存器允许	CS=1;                  //CS拉高   CS=0;                  //再次拉低CS，否则写数据指令会被忽略	WriteCurrent(WRITE);   //写指令	WriteCurrent(WriteAddr);    //写入指定地址	WriteCurrent(Writedata);     //写入数据	CS=1;                  //CS拉高   SCK=0;                 //SCK拉低}//从指定地址读数据unsigned char ReadSet(unsigned char ReadAddr){ unsigned char ReadData;	 SCK=0;                 //SCK置低 CS=0;                  //CS拉低，选中芯片 WriteCurrent(READ);   //开始读操作 WriteCurrent(ReadAddr);   //指定读数据的地址 ReadData=ReadCurrent();    //读出数据 CS=1;                 //CS拉高 SCK=0;                //SCK拉低 return ReadData;           //返回读出的数据 }//看门狗狗喂狗void WatchDog(void){ CS=1;    //CS拉高 CS=0;    //CS拉低，CS一个下降沿操作喂狗 CS=1;    //CS拉高}

编写程序代码，编译生成HEX文件，将HEX文件装载到proteus电路的单片机中，开始仿真，连接在P0口和P2口的两组发光二极管，看看他们显示的是否一致。

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1.7. 总结

通过本例，我们学习了I2C总线的原理、电路设计、编程方法。至此，我们已经学习了三种串行通信：RS-232串口通信，I2C串行通信，SPI串行通信，大家可以对比这三种串行通信的异同。