單片機(jī)系統(tǒng)中常用的三種通信協(xié)議及工作模式解析

UART、 I2C 和 SPI 是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的三種通信協(xié)議。

1、初步介紹

SPI 是一種高速的、全雙工、同步通信總線，標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 也僅僅使用 4 個(gè)引腳，常用于單片機(jī)和 EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)字信號(hào)處理器等器件的通信。 SPI 通信原理比 I2C要簡(jiǎn)單，它主要是主從方式通信，這種模式通常只有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)或者多個(gè)從機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 是 4 根線，分別是 SSEL（ 片選，也寫作 SCS）、 SCLK（ 時(shí)鐘，也寫作 SCK）、 MOSI（ 主機(jī)輸出從機(jī)輸入Master Output/Slave Input） 和 MISO（ 主機(jī)輸入從機(jī)輸出 Master Input/Slave Output）。

SSEL：從設(shè)備片選使能信號(hào)。如果從設(shè)備是低電平使能的話，當(dāng)拉低這個(gè)引腳后，從設(shè)備就會(huì)被選中，主機(jī)和這個(gè)被選中的從機(jī)進(jìn)行通信。

SCLK：時(shí)鐘信號(hào)，由主機(jī)產(chǎn)生，和 I2C通信的 SCL 有點(diǎn)類似。

MOSI：主機(jī)給從機(jī)發(fā)送指令或者數(shù)據(jù)的通道。

MISO：主機(jī)讀取從機(jī)的狀態(tài)或者數(shù)據(jù)的通道。

2、工作模式

SPI 通信的主機(jī)也是我們的單片機(jī)，在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)序的過(guò)程中，有四種模式;

CPOL:Clock Polarity，就是時(shí)鐘的極性。通信的整個(gè)過(guò)程分為空閑時(shí)刻和通信時(shí)刻， 如果 SCLK 在數(shù)據(jù)發(fā)送之前和之后的空閑狀態(tài)是高電平， 那么就是CPOL=1，如果空閑狀態(tài)SCLK 是低電平，那么就是 CPOL=0。

CPHA： Clock Phase，就是時(shí)鐘的相位。

#include

typedef unsigned char uchar;

sbit DS1302_CE = P1 ^ 7;

sbit DS1302_CK = P3 ^ 5;

sbit DS1302_IO = P3 ^ 4;

struct sTime //日期時(shí)間結(jié)構(gòu)體定義

{

unsigned int year; //年

unsigned char mon; //月

unsigned char day; //日

unsigned char hour; //時(shí)

unsigned char min; //分

unsigned char sec; //秒

unsigned char week; //星期

};

/* 發(fā)送一個(gè)字節(jié)到DS1302通信總線上*/

void DS1302ByteWrite（uchar dat）

{

uchar mask;

for （mask = 0x01; mask ！= 0; mask 《《= 1） //低位在前，逐位移出

{

if （（mask & dat） ！= 0） //首先輸出該位數(shù)據(jù)

{

DS1302_IO = 1;

}

else

{

DS1302_IO = 0;

}

DS1302_CK = 1; //然后拉高時(shí)鐘

DS1302_CK = 0; //再拉低時(shí)鐘，完成一個(gè)位的操作

}

DS1302_IO = 1; //最后確保釋放IO引腳

}

/* 由DS1302通信總線上讀取一個(gè)字節(jié)*/

uchar DS1302ByteRead（）

{

uchar mask;

uchar dat = 0;

for （mask = 0x01; mask ！= 0; mask 《《= 1） //低位在前，逐位讀取

{

if （DS1302_IO ！= 0） //首先讀取此時(shí)的IO引腳，并設(shè)置dat中的對(duì)應(yīng)位

{

dat |= mask;

}

DS1302_CK = 1; //然后拉高時(shí)鐘

DS1302_CK = 0; //再拉低時(shí)鐘，完成一個(gè)位的操作

}

return dat; //最后返回讀到的字節(jié)數(shù)據(jù)

}

/* 用單次寫操作向某一寄存器寫入一個(gè)字節(jié)，reg-寄存器地址，dat-待寫入字節(jié)*/

void DS1302SingleWrite（uchar reg， uchar dat）

{

DS1302_CE = 1; //使能片選信號(hào)

DS1302ByteWrite（（reg 《《 1） | 0x80）; //發(fā)送寫寄存器指令

DS1302ByteWrite（dat）; //寫入字節(jié)數(shù)據(jù)

DS1302_CE = 0; //除能片選信號(hào)

}

/* 用單次讀操作從某一寄存器讀取一個(gè)字節(jié)，reg-寄存器地址，返回值-讀到的字節(jié)*/

uchar DS1302SingleRead（uchar reg）

{

uchar dat;

DS1302_CE = 1; //使能片選信號(hào)

DS1302ByteWrite（（reg 《《 1） | 0x81）; //發(fā)送讀寄存器指令

dat = DS1302ByteRead（）; //讀取字節(jié)數(shù)據(jù)

DS1302_CE = 0; //除能片選信號(hào)

return dat;

}

/* 用突發(fā)模式連續(xù)寫入8個(gè)寄存器數(shù)據(jù)，dat-待寫入數(shù)據(jù)指針*/

void DS1302BurstWrite（uchar *dat）

{

uchar i;

DS1302_CE = 1;

DS1302ByteWrite（0xBE）; //發(fā)送突發(fā)寫寄存器指令

for （i = 0; i 《 8; i++） //連續(xù)寫入8字節(jié)數(shù)據(jù)

{

DS1302ByteWrite（dat［i］）;

}

DS1302_CE = 0;

}

/* 用突發(fā)模式連續(xù)讀取8個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)，dat-讀取數(shù)據(jù)的接收指針*/

void DS1302BurstRead（uchar *dat）

{

uchar i;

DS1302_CE = 1;

DS1302ByteWrite（0xBF）; //發(fā)送突發(fā)讀寄存器指令

for （i = 0; i 《 8; i++） //連續(xù)讀取8個(gè)字節(jié)

{

dat［i］ = DS1302ByteRead（）;

}

DS1302_CE = 0;

}

/* 獲取實(shí)時(shí)時(shí)間，即讀取DS1302當(dāng)前時(shí)間并轉(zhuǎn)換為時(shí)間結(jié)構(gòu)體格式*/

void GetRealTime（struct sTime *time）

{

uchar buf［8］;

DS1302BurstRead（buf）;

time-》year = buf［6］ + 0x2000;

time-》mon = buf［4］;

time-》day = buf［3］;

time-》hour = buf［2］;

time-》min = buf［1］;

time-》sec = buf［0］;

time-》week = buf［5］;

}

/* 設(shè)定實(shí)時(shí)時(shí)間，時(shí)間結(jié)構(gòu)體格式的設(shè)定時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)組并寫入DS1302*/

void SetRealTime（struct sTime *time）

{

uchar buf［8］;

buf［7］ = 0;

buf［6］ = time-》year;

buf［5］ = time-》week;

buf［4］ = time-》mon;

buf［3］ = time-》day;

buf［2］ = time-》hour;

buf［1］ = time-》min;

buf［0］ = time-》sec;

DS1302BurstWrite（buf）;

}

/* DS1302初始化，如發(fā)生掉電則重新設(shè)置初始時(shí)間*/

void InitDS1302（）

{

uchar dat;

struct sTime code InitTime［］ = //2016年5月18日9:00:00 星期二

{

0x2016， 0x05， 0x18， 0x09， 0x00， 0x00， 0x02

};

DS1302_CE = 0; //初始化DS1302通信引腳

DS1302_CK = 0;

dat = DS1302SingleRead（0）; //讀取秒寄存器

if （（dat & 0x80） ！= 0） //由秒寄存器最高位CH的值判斷DS1302是否已停止

{

DS1302SingleWrite（7， 0x00）; //撤銷寫保護(hù)以允許寫入數(shù)據(jù)

SetRealTime（&InitTime）; //設(shè)置DS1302為默認(rèn)的初始時(shí)間

}

}