1 引言
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOST和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT或INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。由此可見，在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測控系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸速度要求不是太高時，使用SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。
2 SPI總線的組成
利用SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。如1個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、1個主MCU和1個或幾個從I/O設(shè)備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等。在大多數(shù)應(yīng)用場合，可使用1個MCU作為控機(jī)來控制數(shù)據(jù)，并向1個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機(jī)發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。SPI總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1 引言
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOST和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT或INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。由此可見，在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測控系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸速度要求不是太高時，使用SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。
2 SPI總線的組成
利用SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。如1個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、1個主MCU和1個或幾個從I/O設(shè)備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等。在大多數(shù)應(yīng)用場合，可使用1個MCU作為控機(jī)來控制數(shù)據(jù)，并向1個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機(jī)發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。SPI總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
.
圖2所示為MCS51系列單片機(jī)與存儲器X25F008（E2PROM）的硬件連接圖，圖2中，P1.0模擬MCU的數(shù)據(jù)輸出端（MOSI），P1.1模擬SPI的SCK輸出端，P1.2模擬SPI的從機(jī)選擇端，P1.3模擬SPI的數(shù)據(jù)輸入端（MISO）。下面介紹用MCS51單片機(jī)的匯編語言模擬SPI串行輸入、串行輸出和串行輸入/輸出的3個子程序，實(shí)際上，這些子程序也適用于在串行時鐘的上升沿輸入和下降沿輸出的其它各種串行外圍接口芯片（如A/D轉(zhuǎn)換芯片、網(wǎng)絡(luò)控制器芯片、LED顯示驅(qū)動芯片等）。對于下降沿輸入、上升沿輸出的各種串行外圍接口芯片，只要改變P1.1的輸出電平順序，即先置P1.1為低電平，之后再次置P1.1為高電平，再置P1.1為低電平……，則這些子程序也同樣適用。
3.1 MCU串行輸入子程序SPIIN
從X25F008的SPISO線上接收8位數(shù)據(jù)并放入寄存器R0中的應(yīng)用子程序如下：
SPIIN：SETB P1.1 ；使P1.1(時鐘)輸出為1
CLR P1.2 ;選擇從機(jī)
MOV R1，#08H ；置循環(huán)次數(shù)
SPIIN1:CLR P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為0
NOP ；延時
NOP
MOV C，P1.3 ；從機(jī)輸出SPISO送進(jìn)位C
RLC A ；左移至累加器ACC
SETB P1.1 ；使P1.0(時鐘)輸出為1
DJNZ R1,SPIIN1 ；判斷是否循環(huán)8次（8位數(shù)據(jù)）
MOV R0，A ；8位數(shù)據(jù)送R0
RET
3.2 MCU串行輸出子程序SPIOUT
將MCS51單片機(jī)中R0寄存器的內(nèi)容傳送到X25F008的SPISI線上的程序如下：
SPIOUT：SETB P1.1 ;使P1.1（時鐘）輸出為1
CLR P1.2 ;選擇從機(jī)
MOV R1,#08H ；置循環(huán)次數(shù)
MOV A,R0 ；8位數(shù)據(jù)送累加器ACC
SPIOUT1：CLR P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為0
NOP ；延時
NOP
RLC A ；左移至累加器ACC最高位至C
MOV P1.0，C ；進(jìn)位C送從機(jī)輸入SPISI線上
SETB P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為1
DJNZ R1,SPIOUT1 ;判是否循環(huán)8次（8位數(shù)據(jù)）
RET
3.3 MCU串行輸入/輸出子程序SPIIO
將MCS51單片機(jī)R0寄存器的內(nèi)容傳送到X25F008的SPISI中，同時從X25F008的SPISO接收8位數(shù)據(jù)的程序如下：
SPIIO：SETB P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為1
CLR P1.2 ；選擇從機(jī)
MOV R1，#08H ；置循環(huán)次數(shù)
MOV A，R0 ；8位數(shù)據(jù)送累加器ACC
SPIIO1：CLR P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為0
NOP ；延時
NOP
MOV C，P1.3 ；從機(jī)輸出SPISO送進(jìn)位C
RLC A ；左移至累加器ACC最高位至C
MOV P1.0，C ；進(jìn)位C送從機(jī)輸入
SETB P1.1 ；使P1.1（時鐘）輸出為1
DJNZ R1，SPIIO1 ；判斷是否循環(huán)8次（8位數(shù)據(jù)）
RET
4 結(jié)束語
本文介紹了通過SPI總線接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法，給出了用MCS51單片機(jī)匯編語言模擬SPI串行總線的輸入、輸出，輸入/輸出以傳送8位數(shù)據(jù)的子程序。實(shí)際上，也可以根據(jù)SPI串行總線的操作時序特點(diǎn)來在MCS96系列、ATMEL89系列等單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)SPI總線的接口。