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        AVR單片機學習(八)SPI串行口與DS1302

        作者:zww 1988   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年04月18日   【字體:
      2. 同步串行口SPI的基本原理
      3. DS1302的接口時序圖
      4. DS1302的使用
      5. M16的SPI的使用
      6. SPI基本原理

        spi 它是一種最常用的同步串行接口:同步的意思就是利用時鐘線對串行數據進行同步在時鐘的上升沿或下降沿極性鎖存數據.所以它的線至少有時鐘線和數據線.

        一、同步串行口

           利用時鐘線對串行數據進行同步

           上升沿或者下降沿鎖存數據

        二、4線SPI:全雙工 (它的兩根數據線一個是收一個是發收發是可以同時進行的,還有2根 SS SCLK SS是用來幀同步的控制線,時鐘是SCLK 上升合下降 

          SS 、SCLK、MOSI、MISO 

        三、3線SPI:半雙工(半雙工,收和發 用同一根 DIO )

           SS、SCLK、DIO

        四、SPI時序圖

        五、按照時序圖編寫IO程序

        一、上升沿:

        PORTB &= ~(1<<5);

        asm("NOP");

        PORTB |= (1<<5);

        二、下降沿:

        PORTB |=(1<<5);

        asm("NOP");

        PORTB &= ~(1<<5);

        下圖是DS1302的時序圖


        從上圖可以看到它是屬于3線的SPI接口

        讀操作:

              單字節讀的時序

              在CE它是一個幀同步在空閑的時候它是拉低的,它把CE拉高標示這一幀就要開始,然后在每一個SCLK的上升沿(S估計就是串行的意思CLK時鐘)我們看到每個上升沿上標了一個小箭頭然后在每個I/O 數據線上,記住前8位叫做輸入地址的這樣的數據,可以看到在每個時鐘的上升沿講每個數據寫入這個DS1302,在這個后8位這個DS1302的I/O口就要有輸入狀態轉變為輸出可以看到變成下降沿上了,所以在讀數據的時候是在SCLK的下降沿上進行輸出的。
        然后單片機就可以用I/O將這8位數據一位一位的讀回來,一幀2個字節16位結束之后呢?CE這根線就要拉低,表示這一幀結束了

        寫操作:

             這是一個單字節寫的時序

             它與單字節讀非常類似的也是CE 這根線的拉高與拉低表示這一幀數據的開始和結束所不同的是這16位數據都是要輸入到DS1302里面去的也就是DS1302這個I/O一直是處于輸入狀態這個數據呢每個數據都是在每個數據的上升沿之中鎖入到DS1302之中、

        這個是DS1302的時序圖,下面看看ATmega16的SPI接口的時序圖

         





        可以看出他有4種模式 上升 下降 有兩種 共4種

        等后面操作詳細講說時序。

        解釋:相對于串行數據,SCK的相位合極性有4種組合。CPHA和CPOL控制組合的方式。SPI數據傳輸格式見Figture 67與Figure 68,每一位數據的移出和移入發生于SCK不同的信號跳變沿,以保證有足夠的時間使數據穩定。這個過程在Table 56 和Table 57 有清楚的說明:sample(采樣)rising(上升) setup(設置)falling(下降) 呵呵英語不好。

        Figure 67 是CPHA =0 時候的傳輸格式

        Figure 68 是CPHA =1 時候的傳輸格式

        ATmega 16 支持以上四種全部的模式 有的是上升沿鎖存有的是下降沿鎖存這四種模式,這四種模式我們一會在說到ATmega 16 的SPI接口的時候會詳細給你們菜鳥說: 

        好了再看了SPI的時序圖之后要怎樣按照時序對它編程呢?

        在基本的邏輯里面同步都是靠時鐘的上升沿來進行同步,也就是說我們需要掌握這個I/O口讓他產生一個時鐘,它上升沿或者下降沿的方法,上升沿就是低跳變到高,我們以PORTB 它的第五位作為輸出口為例來進行講解,產生上升沿首先它原先必須要是低輸出一個低電平0  PORTB =~(1<<5)  拉低  然后一個延遲延遲也可以去掉要看接受方的SPI接受速度是怎么樣的了,不過一般的器件它的SPI速率都是非常高的,我們沒有必要考慮單片機是否過快對它有所影響因此這個asm("NOP");這條語句可以去掉不過這個是什么意思呢?asm 在C語言中插入一條匯編指令,NOP呢?NOP是匯編語言中的一條空指令表示的是CPU在接下來的一個CPU時鐘里面它是什么都不干,干等著這么一個CPU時鐘周期,所以就實現一個非常小的延時。然后呢再將PORTB |=(1<<5)  它的第五位拉高,這樣就產生一個上升沿,同理下下降沿也是一樣的。接下來咱么講一下DS1302的時序圖吧。

        DS1302的接口時序圖與AVR的接線圖

        • 時序圖

             見DS1302的官方技術文檔

        •   與AVR之間的接線圖

                3線SPI與4線SPI的互聯

         


        這個時序圖上面已經說過了,那么這個DS1302屬于3線的SPI 而ATmega 16 是4線的SPI接口那么3線合4線之間怎樣進行互聯呢?我們看以采用下面的這種方法。

        來看下電路圖


        上圖的PB5  PB6   PB7 是單片機的三個I/O口。 可以看他它的第二功能是SPI功能

        PB5可以看到MOSI   M是主  S 是從 意思就是主機輸出 從機輸入

        同理PB6 MISO  是主機輸入 從機輸出 也就是AVR的SPI正常工作的時候PB6這個引腳它應該是處于一個輸入的狀態PB5應該是一個輸出的狀態。我們就將PB5 與PB6之間串上一個10K的電阻然后再將PB6直接接到I/O上,下面我們可以簡單的分析一下原理圖是怎樣正常工作的,首先這個DS1302對它處于寫的狀態的時候呢,DS1302的I/O口是處于輸入的,而PB6呢也是一個輸入口始終是一個輸入口。

         

         

         

         



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