实现SPI通信的几种方法详解

PIC单片机为美国微芯公司（Ml-CROChip）公司生产研发，品种极其丰富，各系列片内功能资源各不相同，可以满足用户不同层次的开发要求。它采用哈佛总线结构和精简指令集（RISC）技术，其寻址方式简单、运行速度快、功耗低、驱动能力强等。在MICROCHIP公司PIC系列产品里，有低档、中挡、高挡单片机，且大部分都带有USART、SPI、IIC等总线接口，有的甚至还带有USB和CAN模块。这些特点给开发者带来了很大的方便。

1．ADS8341的特性

ADS8341是一种比较新的逐次逼近式的16位的A/D转换器件，其需要2.7～5V单电压供电，具有4通道单独输入或2通道差动输入，可以通过一个8位的控制字来选择其输入通道，且转换速率大于100kHz，精度比较高，具有86dB的信噪比，带有串行外围接口（SPI）。其这些特点给数据采集带来了极大的方便。其控制字节如下表所示。

根据上表中的介绍，本文中设置ADS8341的控制命令字为94H，即S置1，控制信号开始，A2A1A0置001，选择通道CHO，SGL/DIF置1，选择单通道输入，PDIPDO置00，选择低功耗模式和工作方式为外部时钟模式。

在本文中外部时钟模式工作，即ND的移位时钟由PIC16F73提供，外部时钟控制A/D转换过程和输入时钟。当ADS8341接收完控制字节的最后一位紧接着的一个时钟周期过后BUSY脚就会被ADS8341拉高，随后转换结果会建立并在后16个时钟周期的下降沿出现在DOUT上，如下图时序图所示在外部时钟模式下的忙状态BUSY保持高电平直到MSB被建立，要消耗一个时钟周期，16位的转换数据完全输出需要16个时钟周期，这样一次数据采样最少需要25个时钟周期。因为PIC16F73单片机连接都用8Bit传送数据，这意味着必须增加一个额外的传送来捕获LSB，这里采用了32个时钟周期来处理这样的要求，每次转换用32个时钟周期，前8个时钟周期用于发送控制字，后24时钟周期将采样结果从ADS8341输出。最后8个时钟周期的第一个时钟周期用来捕获LSB位，剩下的最后7个时钟周期空闲。

2．硬件方法实现SPI通信

SPI是由美国摩托罗拉公司推出的一种同步串行传输规范，常作为单片机外设芯片串行扩展接口。SPI有4条引脚：SS（从器件选择线），SDO（串行数据输出线），SDI（串行数据输入线），SCK（同步串行时钟线）。SPI可以用全双工通信方式同时发送和接受8位数据。在发送数据时，只需将要发送的数据送入发送数据缓冲区SSPBUF中，系统硬件会自动将发送数据缓冲区里的数据装载到移位寄存器SSPSR中，然后根据预先选中的时钟节拍进行移位将数据串行发送，主机在发送8个Bit的数据的同时也接收了8个Bit的数据。

如上图所示，为硬件实现SPI通信时的PIC16F73与ADS8341的连接电路图，当在启动ADS8341进行数据采集时首先按照要求将8个Bit的控制字串行发送给ADS8341，然后ADS8341开始按照控制字的要求工作，等控制字发送完毕后，向ADS8341发送3个8Bit无效数据，以提供给ADS8341移位时钟DCLK，当这24个Bit的数据发送完毕时，也就接收到了所采集到的16Bit的数据。这样一次数据采样需要了32个时钟周期。

PIC16f73控制ADS8341工作的子程序如下：

3．软件方法实现SPI通信

如上图所示，在此方法中使用RBO模拟SPI方式下的移位时钟DCLK，RB1模拟专用输入引脚SDI，RB2模拟专用输出引脚DOUT。RB3用以判断一个字节的数据是否转换完成。模拟DCLK时钟时，高电平和低电平的输出时间必须大于或等于Tch和Tcl.的最小值，根据ADS8341的数据采集时序图1可以对单片机写控制程序。

空闲时让RBO口置低电平以使DCLK停留在低电平上。当要发送控制字时，首先判断其第一位是1还是0，若是0则先把RB2口置低，然后RBO口置3个指令周期时间（3T＞Tch=Tcl.）的高电平后再置3个指令周期时间低电平，就将一位O送出。若是1，则将RB2口置高，然后RBO口置3个指令周期时间（3T＞Tch=Tcl.）的高电平后再置3个指令周期时间低电平，就将一位1送出。同理，连续将控制字的8个Bit发送完毕。当控制字发送完毕后，用RBO模拟16个移位时钟周期，最后用RBO模拟空走8个移位时钟周期以从ADS8341中输出LSB位，这样一次数据采样需要了32个时钟周期。PIC16F73在每个移位时钟DCLK的下降沿时读出PORTB的Bitl位，然后送给状态寄存器STATUS的状态标志位C，再使用循环左移指令RLF将状态标志位C里的数值移进RESUALTG和RESUALTL寄存器里，

PIC16f73控制ADS8341工作的子程序如下：