单片机系统中常用的三种通信协议及工作模式解析

UART、 I2C 和 SPI 是单片机系统中最常用的三种通信协议。

1、初步介绍

SPI 是一种高速的、全双工、同步通信总线，标准的 SPI 也仅仅使用 4 个引脚，常用于单片机和 EEPROM、FLASH、实时时钟、数字信号处理器等器件的通信。 SPI 通信原理比 I2C要简单，它主要是主从方式通信，这种模式通常只有一个主机和一个或者多个从机，标准的 SPI 是 4 根线，分别是 SSEL（ 片选，也写作 SCS）、 SCLK（ 时钟，也写作 SCK）、 MOSI（ 主机输出从机输入Master Output/Slave Input） 和 MISO（ 主机输入从机输出 Master Input/Slave Output）。

SSEL：从设备片选使能信号。如果从设备是低电平使能的话，当拉低这个引脚后，从设备就会被选中，主机和这个被选中的从机进行通信。

SCLK：时钟信号，由主机产生，和 I2C通信的 SCL 有点类似。

MOSI：主机给从机发送指令或者数据的通道。

MISO：主机读取从机的状态或者数据的通道。

2、工作模式

SPI 通信的主机也是我们的单片机，在读写数据时序的过程中，有四种模式;

CPOL:Clock Polarity，就是时钟的极性。通信的整个过程分为空闲时刻和通信时刻， 如果 SCLK 在数据发送之前和之后的空闲状态是高电平， 那么就是CPOL=1，如果空闲状态SCLK 是低电平，那么就是 CPOL=0。

CPHA： Clock Phase，就是时钟的相位。

#include

typedef unsigned char uchar;

sbit DS1302_CE = P1 ^ 7;

sbit DS1302_CK = P3 ^ 5;

sbit DS1302_IO = P3 ^ 4;

struct sTime //日期时间结构体定义

{

unsigned int year; //年

unsigned char mon; //月

unsigned char day; //日

unsigned char hour; //时

unsigned char min; //分

unsigned char sec; //秒

unsigned char week; //星期

};

/* 发送一个字节到DS1302通信总线上*/

void DS1302ByteWrite（uchar dat）

{

uchar mask;

for （mask = 0x01; mask ！= 0; mask 《《= 1） //低位在前，逐位移出

{

if （（mask & dat） ！= 0） //首先输出该位数据

{

DS1302_IO = 1;

}

else

{

DS1302_IO = 0;

}

DS1302_CK = 1; //然后拉高时钟

DS1302_CK = 0; //再拉低时钟，完成一个位的操作

}

DS1302_IO = 1; //最后确保释放IO引脚

}

/* 由DS1302通信总线上读取一个字节*/

uchar DS1302ByteRead（）

{

uchar mask;

uchar dat = 0;

for （mask = 0x01; mask ！= 0; mask 《《= 1） //低位在前，逐位读取

{

if （DS1302_IO ！= 0） //首先读取此时的IO引脚，并设置dat中的对应位

{

dat |= mask;

}

DS1302_CK = 1; //然后拉高时钟

DS1302_CK = 0; //再拉低时钟，完成一个位的操作

}

return dat; //最后返回读到的字节数据

}

/* 用单次写操作向某一寄存器写入一个字节，reg-寄存器地址，dat-待写入字节*/

void DS1302SingleWrite（uchar reg， uchar dat）

{

DS1302_CE = 1; //使能片选信号

DS1302ByteWrite（（reg 《《 1） | 0x80）; //发送写寄存器指令

DS1302ByteWrite（dat）; //写入字节数据

DS1302_CE = 0; //除能片选信号

}

/* 用单次读操作从某一寄存器读取一个字节，reg-寄存器地址，返回值-读到的字节*/

uchar DS1302SingleRead（uchar reg）

{

uchar dat;

DS1302_CE = 1; //使能片选信号

DS1302ByteWrite（（reg 《《 1） | 0x81）; //发送读寄存器指令

dat = DS1302ByteRead（）; //读取字节数据

DS1302_CE = 0; //除能片选信号

return dat;

}

/* 用突发模式连续写入8个寄存器数据，dat-待写入数据指针*/

void DS1302BurstWrite（uchar *dat）

{

uchar i;

DS1302_CE = 1;

DS1302ByteWrite（0xBE）; //发送突发写寄存器指令

for （i = 0; i 《 8; i++） //连续写入8字节数据

{

DS1302ByteWrite（dat［i］）;

}

DS1302_CE = 0;

}

/* 用突发模式连续读取8个寄存器的数据，dat-读取数据的接收指针*/

void DS1302BurstRead（uchar *dat）

{

uchar i;

DS1302_CE = 1;

DS1302ByteWrite（0xBF）; //发送突发读寄存器指令

for （i = 0; i 《 8; i++） //连续读取8个字节

{

dat［i］ = DS1302ByteRead（）;

}

DS1302_CE = 0;

}

/* 获取实时时间，即读取DS1302当前时间并转换为时间结构体格式*/

void GetRealTime（struct sTime *time）

{

uchar buf［8］;

DS1302BurstRead（buf）;

time-》year = buf［6］ + 0x2000;

time-》mon = buf［4］;

time-》day = buf［3］;

time-》hour = buf［2］;

time-》min = buf［1］;

time-》sec = buf［0］;

time-》week = buf［5］;

}

/* 设定实时时间，时间结构体格式的设定时间转换为数组并写入DS1302*/

void SetRealTime（struct sTime *time）

{

uchar buf［8］;

buf［7］ = 0;

buf［6］ = time-》year;

buf［5］ = time-》week;

buf［4］ = time-》mon;

buf［3］ = time-》day;

buf［2］ = time-》hour;

buf［1］ = time-》min;

buf［0］ = time-》sec;

DS1302BurstWrite（buf）;

}

/* DS1302初始化，如发生掉电则重新设置初始时间*/

void InitDS1302（）

{

uchar dat;

struct sTime code InitTime［］ = //2016年5月18日9:00:00 星期二

{

0x2016， 0x05， 0x18， 0x09， 0x00， 0x00， 0x02

};

DS1302_CE = 0; //初始化DS1302通信引脚

DS1302_CK = 0;

dat = DS1302SingleRead（0）; //读取秒寄存器

if （（dat & 0x80） ！= 0） //由秒寄存器最高位CH的值判断DS1302是否已停止

{

DS1302SingleWrite（7， 0x00）; //撤销写保护以允许写入数据

SetRealTime（&InitTime）; //设置DS1302为默认的初始时间

}

}