SPI外设与MAX7651处理器的接口
本文介绍如何将 gpio 端口连接到 spi 外设。它定义了spi协议的基础知识，信号和sck信号的四种传输变体。包括一个软件程序，用于使用max7651实现spi接口，max12是一种闪存可编程的位集成数据采集系统。
介绍
the spi™总线是许多微处理器外设芯片使用的4线串行通信接口。max7651微处理器不包括实现接口的专用硬件。但是，图中显示了可以向spi外设发送和接收数据的简单软件例程。
spi接口的4个引脚如下：
sck（串行数据时钟）：数据在sck的上升沿或下降沿上移动/锁定（请参阅下一节）。
mosi（主输出/从输入）：如果芯片是主设备，则数据从此引脚传输出去，如果芯片是从设备，则数据传输到此引脚。
miso（主输入/从输出）：如果芯片是主设备，则数据接收到此引脚，如果芯片是从设备，则从该引脚传输出去。
/cs（芯片选择，低电平有效）：告知外围设备传输即将开始。
spi协议定义了sck相位和极性的四种数据组合。如果芯片具有设置这四种状态的控制位，则它们通常称为cpol（时钟极性）和cpha（时钟相位）。spi 始终以 8 位块传输数据。您可以根据需要传输任意数量的 8 位块。例如，16 位写入从前 8 位开始到第 位结束断言/cs。
cpol cpha transfer
0 0 sck上升沿转移。
sck 在位定时中间进行转换。
1 0 sck 落边转移。
sck 在位定时中间进行转换。
0 1 sck 落边转移。
sck 在位时序开始时转换。
1 1 sck上升沿转移。
sck 在位时序开始时转换。
在读取spi外设的数据手册时，通常会看到对spi模式的引用为cpol = 0、cpha = 0等，即使芯片本身在物理上不包含这些位定义。相反，spi接口是“硬连线”的，以发送/接收数据，就好像cpol和cpha位已设置为0一样。例如，max5154 12位dac采用spi接口，具有上升沿中位数据传输功能。这对应于cpol = 0，cpha = 0协议。因为这是迄今为止最常见的spi传输，所以这就是我们将要讨论的示例代码。下图来自max5154数据资料。信号/cs是spi信号active-low ss，sclk是sck，din将连接到modi，因为外设是从机，只有一个输入（没有回读）。这部分在传输中使用 16 位。
图1.串行接口时序图。
代码示例：8 位数据传输
以下示例是最常见的 spi 传输类型，cpo = 0，cpha = 0。该例程不假设max7651的时钟速度，因为i/o端口位只是尽可能快地“位敲击”。数据传输时间显示在本节末尾。
图2所示为max7651/max7652与spi外设之间的典型连接。
图2.通用 spi 连接。
注释字段中的数字 {n} 是执行指令的时钟周期数。
;用于 8 位外设的 spi 数据传输。max7651为主站;外围是奴隶。
;
;使用以下spi定义的引脚。（某些外围设备是写入的 仅，因此只需要 3 根电线。
;sck：数据传输时钟
;miso：主输入数据（来自外设），并不总是使用
;mosi：主输出数据（到外设）;
ss：从选择（低电平有效）)
;
sck equ p1.0
miso equ p1.1
mosi equ p1.2
cs equ 小1.3 ;使用端口 1，但这是 100% 任意的。使用任何可用的 引 脚。
;
;现在我们需要使用max7651中的一些内部ram作为数据存储。
;为了执行速度，其中两个变量必须位于 ram 区域
;这允许在字节内进行位寻址。在max7651中，ram空间对应于
;到地址 20h 到 2fh。低于 20h 或高于 2fh 的地址不能被位寻址！
spi_in equ 20+ ;从从属设备读取 8 位的结果。
spi_out equ 21+ ;我们希望发送给奴隶的数据。
;
;最后，我们需要一个循环计数器来跟踪发送 8 位。
;这可以是“r”寄存器 （r0-r7） 或
;任何 ram 寄存器（不必是位可寻址的）。让我们使用
内存 ;注册。
loop equ 30+ ;可以在地图中的任何位置;这只是一个例子。
;
;假设调用时，已经设置了片选位ss 到 1.
spi_io: clr sck ; sck starts off low. {1}
clr cs ; clearing cs begins the data transfer. {1}
setb miso ; to be used as input, must be set internally. {1}
mov loop,#8 ; eight bits to transfer. {3}
xfer: mov c,spi_out.7 ; move bit 7 into carry (spi is msb first). {2}
mov mosi,c ; i/o port reflects the carry bit, which is the data bit. {2}
setb sck ; generate sck rising edge, after data is stable. {1}
mov c,miso ; read data from slave into carry (optional). {2}
mov spi_in.7,c ; copy into the received data byte, bit-7 position. {2}
clr sck ; generate sck falling edge, after data read in. {1}
mov a,spi_out ; accumulator is temp holder for shift operation. {2}
rl a ; rotate left (but not through carry!). {1}
mov spi_out, a ; prepare bit 7 for next transfer to slave. {2}
mov a,spi_in ; get previous slave read data. {2}
rl a ; rotate left to get next bit position into proper spot. {1}
mov spi_in,a ; save result. {2}
djnz loop,xfer ; decrement loop. jump if not zero to xfer. {3}
; transfer done.
setb cs ; de-assert chip select. {1}
.end ; tell assembler code completed.
传输 8 位（读取和写入从属）的 cpu 周期总数为 6 + 8 × 23 + 1 = 191。仅供读取或写入，总数为 6 + 8 × 18 + 1 = 151 个 cpu 周期。下表给出了使用max7651常用时钟速度的各种传输速率。
max7651时钟速度 位传输时间 总读/写
传输时间
12兆赫 7.95us （~125khz） 63.6秒
11.0592兆赫 8.63us （~116khz） 69.08秒
4兆赫 23.88us （~41.9khz） 191us
从此表中，我们可以看到最快的spi字节传输约为15.7khz，而最慢的速率为5.2khz。这比专用的1mhz spi硬件端口慢得多！因此，如果max7651用作从机，则必须将spi主机设置为最慢的位传输速度（125khz），max7651必须工作在12mhz时钟速度。
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sck（串行数据时钟）：数据在sck的上升沿或下降沿上移动/锁定（请参阅下一节）。
mosi（主输出/从输入）：如果芯片是主设备，则数据从此引脚传输出去，如果芯片是从设备，则数据传输到此引脚。
miso（主输入/从输出）：如果芯片是主设备，则数据接收到此引脚，如果芯片是从设备，则从该引脚传输出去。
/cs（芯片选择，低电平有效）：告知外围设备传输即将开始。
spi协议定义了sck相位和极性的四种数据组合。如果芯片具有设置这四种状态的控制位，则它们通常称为cpol（时钟极性）和cpha（时钟相位）。spi 始终以 8 位块传输数据。您可以根据需要传输任意数量的 8 位块。例如，16 位写入从前 8 位开始到第 位结束断言/cs。
cpol cpha transfer
0 0 sck上升沿转移。
sck 在位定时中间进行转换。
1 0 sck 落边转移。
sck 在位定时中间进行转换。
0 1 sck 落边转移。
sck 在位时序开始时转换。
1 1 sck上升沿转移。
sck 在位时序开始时转换。
在读取spi外设的数据手册时，通常会看到对spi模式的引用为cpol = 0、cpha = 0等，即使芯片本身在物理上不包含这些位定义。相反，spi接口是“硬连线”的，以发送/接收数据，就好像cpol和cpha位已设置为0一样。例如，max5154 12位dac采用spi接口，具有上升沿中位数据传输功能。这对应于cpol = 0，cpha = 0协议。因为这是迄今为止最常见的spi传输，所以这就是我们将要讨论的示例代码。下图来自max5154数据资料。信号/cs是spi信号active-low ss，sclk是sck，din将连接到modi，因为外设是从机，只有一个输入（没有回读）。这部分在传输中使用 16 位。
图1.串行接口时序图。
代码示例：8 位数据传输
以下示例是最常见的 spi 传输类型，cpo = 0，cpha = 0。该例程不假设max7651的时钟速度，因为i/o端口位只是尽可能快地“位敲击”。数据传输时间显示在本节末尾。
图2所示为max7651/max7652与spi外设之间的典型连接。
图2.通用 spi 连接。
注释字段中的数字 {n} 是执行指令的时钟周期数。
;用于 8 位外设的 spi 数据传输。max7651为主站;外围是奴隶。
;
;使用以下spi定义的引脚。（某些外围设备是写入的 仅，因此只需要 3 根电线。
;sck：数据传输时钟
;miso：主输入数据（来自外设），并不总是使用
;mosi：主输出数据（到外设）;
ss：从选择（低电平有效）)
;
sck equ p1.0
miso equ p1.1
mosi equ p1.2
cs equ 小1.3 ;使用端口 1，但这是 100% 任意的。使用任何可用的 引 脚。
;
;现在我们需要使用max7651中的一些内部ram作为数据存储。
;为了执行速度，其中两个变量必须位于 ram 区域
;这允许在字节内进行位寻址。在max7651中，ram空间对应于
;到地址 20h 到 2fh。低于 20h 或高于 2fh 的地址不能被位寻址！
spi_in equ 20+ ;从从属设备读取 8 位的结果。
spi_out equ 21+ ;我们希望发送给奴隶的数据。
;
;最后，我们需要一个循环计数器来跟踪发送 8 位。
;这可以是“r”寄存器 （r0-r7） 或
;任何 ram 寄存器（不必是位可寻址的）。让我们使用
内存 ;注册。
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;
;假设调用时，已经设置了片选位ss 到 1.
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mov loop,#8 ; eight bits to transfer. {3}
xfer: mov c,spi_out.7 ; move bit 7 into carry (spi is msb first). {2}
mov mosi,c ; i/o port reflects the carry bit, which is the data bit. {2}
setb sck ; generate sck rising edge, after data is stable. {1}
mov c,miso ; read data from slave into carry (optional). {2}
mov spi_in.7,c ; copy into the received data byte, bit-7 position. {2}
clr sck ; generate sck falling edge, after data read in. {1}
mov a,spi_out ; accumulator is temp holder for shift operation. {2}
rl a ; rotate left (but not through carry!). {1}
mov spi_out, a ; prepare bit 7 for next transfer to slave. {2}
mov a,spi_in ; get previous slave read data. {2}
rl a ; rotate left to get next bit position into proper spot. {1}
mov spi_in,a ; save result. {2}
djnz loop,xfer ; decrement loop. jump if not zero to xfer. {3}
; transfer done.
setb cs ; de-assert chip select. {1}
.end ; tell assembler code completed.
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max7651时钟速度 位传输时间 总读/写
传输时间
12兆赫 7.95us （~125khz） 63.6秒
11.0592兆赫 8.63us （~116khz） 69.08秒
4兆赫 23.88us （~41.9khz） 191us
从此表中，我们可以看到最快的spi字节传输约为15.7khz，而最慢的速率为5.2khz。这比专用的1mhz spi硬件端口慢得多！因此，如果max7651用作从机，则必须将spi主机设置为最慢的位传输速度（125khz），max7651必须工作在12mhz时钟速度。
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