51单片机实战教程（21 同步串行外围通信接口SPI）

SPI是Sysnchronous Serial Peripheral Interface 的缩写。SPI是一种全双工、高速、同步的通信总线，有两种操作模式：主模式和从模式。所谓全双工是指SPI主器件在向从器件发送数据的同时，也读取（或者接收从器件）的数据，从器件接收主器件数据的同时也向主器件发送数据。STC15W系列部分单片机内部集成了SPI总线接口。SPI总线在嵌入式系统中非常重要，如多片单片机间通信，SPI flash存储芯片的数据读写等。SPI总线由4条线组成，分别为：MOSI、MISO、SCLK、SS。下面分别对这4条线做下说明。

MOSI(Master Out Slave In)主器件输出从器件输入，用于主器件到从器件的串行数据传输。当SPI器件做主器件时是信号输出线，当SPI器件做从器件时是信号输入线。在时钟的前半周期，主机将数据放在MOSI信号线上，从机在该边界处获取数据。

MISO（Master In Slave Out）：主器件的输入，从器件的输出，用于实现从器件到主器件的数据传输。当SPI器件做主器件时是信号输入线，当SPI器件做从器件时是信号输出入线。SPI规范中一个主机可以连接多个从机，主机的MISO线会连接到多个从机上，当主机与其中一个从机通信时，因将其他从机MISO脚驱动置为高阻状态（将SS脚拉高）。

SCLK（SPI Clock）:串行时钟信号，用于同步主器件和从器件之间在MOSI及MISO线上的数据传输。当主器件启动一次数据传输时，自动产生8个SCLK时钟周期信号给从机。在SCLK的每个跳变处（上升沿或下降沿）移处一位数据。因此，一次数据传输可以传输一个字节的数据。

SS（Slave Select）：从机选择信号（线），可以说是片选（CS）信号，从机选择信号是一个输入信号，低电平有效，故STC15单片机说明书中，在SS上加了一横线。当器件的SS脚未必设置成忽略时，当SPI器件的SS脚被拉低时，该机就被设置成从器件。

STC15系列单片机SPI的功能框图如下：

STC15系列单片机的SPI相关特殊功能寄存器如下：

有了对SPI寄存器的了解，就可以来编写SPI的库函数。建两个文件分别以stcspior.h, stcspi.c存入C51 Template文件夹下Library文件夹中。完成后的头文件如下：

/*stcspi.hDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 12/26/2021
*/#ifndef __STCSPI_H__
#define __STCSPI_H__#include "mtype.h"
#include "stc15w4k.h"
#include "stcint.h"
#include "delay.h"extern FSYSCLOCK FSCLK; //FSCLK was defined in mian.h, FSYSCLOCK was defined in mtype.h//***********************************************************
typedef enum
{SPI_PG1 = 0, //P1.2/SS,P1.3/MOSI,/P1.4/MISO,P1.5SCLKSPI_PG2,     //P2.4/SS_2,P2.3/MOSI_2,P2.2/MISO_2,P2.1/SCLK_2SPI_PG3      //5.4/SS_3,P4.0/MOSI_3,P4.1/MISO_3,P4.3/SCLK_3
}SPI_PINGROUP; //***********************************************************
typedef enum
{SPI_FCLK0 = 0, //cpu fclk/4SPI_FCLK1, //cpu fclk/8SPI_FCLK2, //cpu fclk/16SPI_FCLK3, //cpu fclk/32
}SPI_FCLK; //frequency of SPI clk/***********************************************************
Function: SPI_PinSel(SPI_PINGROUP mSel);
Return value: void
Discription: configure SPI pins
Example:SPI_PinSel(SPI_PG1); //P1.2/SS,P1.3/MOSI,/P1.4/MISO,P1.5SCLK
***********************************************************************/
void SPI_PinSel(SPI_PINGROUP mSel);/***********************************************************
Function: SPI_ClkSel(SPI_FCLK mSel);
Return value: void
Discription: configure SPI clock
Example:SPI_PinSel(SPI_FCLK0); //cpu fclk/4
***********************************************************************/
void SPI_ClkSel(SPI_FCLK mSel);/***********************************************************
Function: SPI_SSPin(BOOL mEnable);
Return value: void
Discription: configure SPI SS pin enable/disable
Example:SPI_SSPin(0); //SPI SS pin is ignored
***********************************************************************/
void SPI_SSPin(BOOL mEnable);/***********************************************************
Function: SPI_Enable(BOOL mEnable);
Return value: void
Discription: configure SPI enable/disable
Example:SPI_Enable(1); //SPI enableSPI_Enable(0); //SPI disable
***********************************************************************/
void SPI_Enable(BOOL mEnable);/***********************************************************
Function: SPI_DataOrder(BOOL fLSB);
Return value: void
Discription: configure transmit data order for SPI transmitting
Example:SPI_DataOrder(1); //begin from LSB
***********************************************************************/
void SPI_DataOrder(BOOL fLSB);/***********************************************************
Function: SPI_MasterEnable(BOOL bMaster);
Return value: void
Discription: configure SPI device master/slave
Example:SPI_MasterEnable(1); //set this device as master
***********************************************************************/
void SPI_MasterEnable(BOOL bMaster);/***********************************************************
Function: SPI_IdleClkPol(BOOL bHigh);
Return value: void
Discription: configure SPI idle clk voltage level
Example:SPI_IdleClkPol(1); //SPI idle clk voltage level: high
***********************************************************************/
void SPI_IdleClkPol(BOOL bHigh);/***********************************************************
Function: SPI_ClkPhase(BOOL bSOT); // SOT:sampling on the trailing edge
Return value: void
Discription: configure SPI  clk phase, sampling on the trailing edge/sampling on the leading edge
Example:SPI_ClkPhase(1); //sampling on the trailing edge
***********************************************************************/
void SPI_ClkPhase(BOOL bSOT);/***********************************************************
Function: SPI_Init(BOOL mSSable,SPI_PINGROUP mSel, SPI_FCLK mSelClk, BOOL bMaster);
Return value: void
Discription: configure SPI  device
Example:SPI_Init(1, SPI_PG1, SPI_FCLK0, 1);//SS pin enable, SPI pin select group 0, SPI clock, mcu clock/4, master device
***********************************************************************/
void SPI_Init(BOOL mSSable,SPI_PINGROUP mSel, SPI_FCLK mSelClk, BOOL bMaster); /***********************************************************
Function: SPI_SendChar(i8 mdata);
Return value: void
Discription: master SPI device send  char
Example:SPI_SendChar(123);
***********************************************************************/
void SPI_SendChar(i8 mdata); /***********************************************************
Function: SPI_SendStringAndEof(i8* str);
Return value: void
Discription: master SPI device transmit string and end of flag
Example:SPI_SendStringAndEof("Hello world!");
***********************************************************************/
void SPI_SendStringAndEof(i8* str); /***********************************************************
Function: SPI_RecChar(i8* mdata);
Return value: char
Discription: SPI slave device receive  char
Example:char tem;SPI_RecChar(&tem);
***********************************************************************/
char SPI_RecChar(i8* mdata); /***********************************************************
Function: SPI_SendAndRecChar(i8 mdata);
Return value: void
Discription: master SPI device transmit char and receive char
Example:char tem = SPI_SendAndRecChar(i8 mdata);
***********************************************************************/
char SPI_SendAndRecChar(i8 mdata);/***********************************************************
Function: SPI_RecStringTillEof(i8* str);
Return value: void
Discription: SPI slave device receive  string till end of flag
Example:char str[20];SPI_RecStringTillEof(str);
***********************************************************************/
void SPI_RecStringTillEof(i8* str); #endif

在写源代码时需要特别注意的是要清除SPSTAT中的SPIF及WCOL需写入1，有点类似STM32部分寄存器的操作，前面在写中断库函数时，就没注意到这点，现已修改过来。完成后的源代码如下：

/*stcspi.cDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 12/26/2021
*/#include "stcspi.h"//***********************************************************
void SPI_PinSel(SPI_PINGROUP mSel)
{ui8 tem = P_SW1;SetBits(&tem,3,2,mSel);P_SW1 = tem;
}
//End of SPI_PinSel(SPI_PINGROUP mSel)//***********************************************************
void SPI_ClkSel(SPI_FCLK mSel)
{ui8 tem = SPCTL;SetBits(&tem,1,0,mSel);SPCTL = tem;
}
//End of SPI_ClkSel(SPI_FCLK mSel)//***********************************************************
void SPI_SSPin(BOOL mEnable)
{if(mEnable)SPCTL &= 0x7F;elseSPCTL |= 0x80;
}
//End of SPI_SSPin(BOOL mEnable)//***********************************************************
void SPI_Enable(BOOL mEnable)
{if(mEnable)SPCTL |= 0x40;elseSPCTL &= 0xBF;
}
//End of SPI_Enable(BOOL mEnable)//***********************************************************
void SPI_DataOrder(BOOL fLSB)
{if(fLSB)SPCTL |= 0x20;elseSPCTL &= 0xDF;
}
//End of SPI_DataOrder(BOOL fMSB)//***********************************************************
void SPI_MasterEnable(BOOL bMaster)
{if(bMaster)SPCTL |= 0x10;elseSPCTL &= 0xEF;
}
//End of SPI_MasterEnable(BOOL bMaster)//***********************************************************
void SPI_IdleClkPol(BOOL bHigh)
{if(bHigh)SPCTL |= 0x08;elseSPCTL &= 0xF7;
}
//End of SPI_IdleClkPol(BOOL bHigh)//***********************************************************
void SPI_ClkPhase(BOOL bSOT)
{if(bSOT) //sampling on the trailing edgeSPCTL |= 0x04;elseSPCTL &= 0xFB;
}
//End of SPI_ClkPhase(BOOL bSOT)//***********************************************************
void SPI_Init(BOOL mSSable,SPI_PINGROUP mSel, SPI_FCLK mSelClk, BOOL bMaster)
{SPI_SSPin(mSSable);SPI_PinSel(mSel);SPI_ClkSel(mSelClk);SPI_MasterEnable(bMaster);
}
//End of SPI_Init(BOOL mSSable,SPI_PINGROUP mSel, SPI_FCLK mSelClk, BOOL bMaster)//***********************************************************
void SPI_SendChar(i8 mdata)
{SPI_Enable(1);STC_ClearSPIFlag();//clear flagSPDAT = mdata;while(!(SPSTAT & 0x80));SPSTAT = 0xFF; //clear flag
}
//End of SPI_SendChar(i8 mdata)//***********************************************************
void SPI_SendStringAndEof(i8* str)
{ ui8 i = 0;while(str[i] != 0){SPI_SendChar(str[i]);Delayxus(2,FSCLK);i++;}SPI_SendChar(0xFF);
}
//End of SPI_SendStringAndEof(i8* str)//***********************************************************
char SPI_RecChar(i8* mdata)
{ SPI_Enable(1);STC_ClearSPIFlag();//clear flagwhile(!(SPSTAT & 0x80));STC_ClearSPIFlag();//clear flag*mdata = SPDAT;return *mdata;
}
//End of SPI_RecChar(i8* mdata)//***********************************************************
char SPI_SendAndRecChar(i8 mdata)
{i8 tem;SPI_Enable(1);STC_ClearSPIFlag();//clear flagSPDAT = mdata;while(!(SPSTAT & 0x80));STC_ClearSPIFlag();//clear flagtem = SPDAT;return tem;
}
//End of SPI_SendAndRecChar(i8 mdata)//***********************************************************
void SPI_RecStringTillEof(i8* str)
{ui8 i = 0;memset(str, 0, strlen(str));SPI_Enable(1);STC_ClearSPIFlag();//clear flagwhile(str[i] != 0xFF){STC_ClearSPIFlag();//clear flagwhile(!(SPSTAT & 0x80));STC_ClearSPIFlag();//clear flagstr[i] = SPDAT;i++;}str[i] = 0;
}
//SPI_RecStringTillEof(i8* str)

此处不做验证示例，以后在项目实战中再做说明。本文代码及相关库文件已打包上传到CSDN，如需离线查看，可去下载，文件名为STC15 SPI Library Source Code.rar。

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