SPI (Serial Peripheral Interface)总线是一种常见的串行通信协议，广泛用于单片机和外部设备之间的通信。它是一种全双工的、同步的、串行的通信协议，能够实现高速的数据传输和简单的主从通信结构。
SPI总线的基本特点
- 全双工：SPI总线同时支持数据的发送和接收，可以同时传输和接收数据。
- 同步：SPI总线中的通信是同步的，发送端和接收端根据时钟信号同步数据传输。
- 串行：SPI总线是一个串行的通信协议，数据是 bit-by-bit 传输的。
- 主从结构：SPI总线中有一个主设备和一个或多个从设备，主设备负责发起通信和控制通信的时序，从设备按照主设备的命令进行响应。
单片机中基于SPI总线的通信例子
为了更好地理解单片机中如何利用SPI总线进行通信，以下是一个基于Arduino开发板和一个SPI ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）芯片的实例。
硬件准备
- Arduino开发板
- SPI ADC芯片（例如MCP3008）
- 连接线
硬件连接
将SPI ADC芯片连接到Arduino开发板上。具体连接方式如下：
- 连接ADC芯片的VDD引脚到Arduino的3.3V引脚。
- 连接ADC芯片的VREF引脚到Arduino的3.3V引脚。
- 连接ADC芯片的AGND和DGND引脚到Arduino的GND引脚。
- 连接ADC芯片的CLK引脚到Arduino的13号引脚。
- 连接ADC芯片的DOUT引脚到Arduino的12号引脚。
- 连接ADC芯片的DIN引脚到Arduino的11号引脚。
- 连接ADC芯片的CS/SHDN引脚到Arduino的10号引脚。
软件实现
使用Arduino的SPI库和相应的代码，实现从SPI ADC芯片读取模拟输入值。
首先，在Arduino IDE中打开一个新的项目，并添加SPI库。然后，编写以下代码：
#include <SPI.h>
const int ADC_CS_PIN = 10;
const int ADC_CLK_PIN = 13;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
SPI.begin(); // 初始化SPI总线
pinMode(ADC_CS_PIN, OUTPUT); // 将ADC的CS引脚设置为输出
digitalWrite(ADC_CS_PIN, HIGH); // 使SPI总线上的ADC芯片失能
}
void loop() {
int analogValue = readAnalogInput(0); // 读取ADC芯片的通道0的值
Serial.print("Analog value: ");
Serial.println(analogValue);
delay(1000);
}
int readAnalogInput(int channel) {
int adcValue = 0;
digitalWrite(ADC_CS_PIN, LOW); // 使SPI总线上的ADC芯片使能
byte command = B00000001; // 将通道号转换为相应的命令字节
command |= (channel << 4);
SPI.beginTransaction(SPISettings(1000000, MSBFIRST, SPI_MODE0)); // 开始SPI事务
byte highByte = SPI.transfer(command); // 发送命令字节并接收高位字节
byte lowByte = SPI.transfer(0); // 发送0字节以接收低位字节
SPI.endTransaction(); // 结束SPI事务
digitalWrite(ADC_CS_PIN, HIGH); // 使使能脚失能
adcValue = (highByte << 8) | lowByte; // 将高位和低位字节组合成ADC值
return adcValue;
}
上传代码到Arduino开发板，打开串口监视器，并在模拟输入端口上施加模拟信号。你将看到每秒钟在串口监视器上打印出的模拟输入值。
通过这个例子，我们可以看到如何使用SPI总线在单片机中实现与外设的通信。这种通信方式可以扩展单片机的输入和输出功能，使其能够与更多类型的外设进行通信。
总结：SPI总线是一种常见的串行通信协议，在单片机中广泛应用。通过SPI总线，单片机可以与各种外设（如ADC、DAC、EEPROM等）进行高速、全双工的数据交换。上述例子展示了如何使用Arduino和SPI总线进行通信的方法，希望对你理解SPI总线的原理和应用有所帮助。
参考链接：
本文来自极简博客，作者：灵魂导师，转载请注明原文链接：单片机中如何利用SPI总线进行通信
