大家好，通過前一期的學習，我們已經(jīng)對ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板的使用方法及學習方式有所了解與熟悉，現(xiàn)在我們就趁熱打鐵，再向上跨一步，一起來學習一下SPI 總線器的工作原理及使用方法，這樣我們可以將一些需要保存的數(shù)據(jù)保存到存儲器芯片中，掉電不會失丟，如汽車的里程表，它在不斷地計數(shù)，其公里數(shù)就是放在一個SPI 總線的存儲器芯片里面。

　　一、SPI總線基本概念

　　SPI （ Serial Peripheral Interface ———串行外設接口） 總線是Motorola 公司推出的一種同步串行接口技術。SPI 總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口， 允許MCU 與各種外圍設備（ 如閃存、數(shù)摸轉換、網(wǎng)絡控制器、從MCU） 以串行方式進行通信、數(shù)據(jù)交換。

　　SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB 的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。其工作模式有兩種：主模式和從模式。SPI 是一種允許一個主設備啟動一個從設備的同步通訊的協(xié)議，從而完成數(shù)據(jù)的交換。

　　也就是SPI 是一種規(guī)定好的通訊方式。這種通信方式的優(yōu)點是占用端口較少，一般4 根就夠基本通訊了（不算電源線）。同時傳輸速度也很高。一般來說要求主設備要有SPI 控制器（也可用模擬方式），就可以與基于SPI 的芯片通訊了。

　　二、SPI總線系統(tǒng)結構

　　SPI 系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口， 一般使用4 條線： 串行時鐘線（SCK） 、主機輸入/ 從機輸出數(shù)據(jù)線SDO、主機輸出/ 從機輸入數(shù)據(jù)線SDI 和低電平有效的從機選擇線SS。SDI 和SDO 用于串行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)高位在前低位在后。在SPI 設置為主機方式時，SDO 是主機讀從機，SDI 是主機寫從機。SCK 用于提供時鐘脈沖將數(shù)據(jù)一位位地傳送。SPI 總線器件間傳送數(shù)據(jù)框圖如圖1 所示。

　　三、SPI總線的接口特性

　　利用SPI 總線可在軟件的控制下構成各種系統(tǒng)。如1 個主MCU 和幾個從MCU、幾個從MCU 相互連接構成多主機系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、1 個主MCU 和1 個或幾個從I ／ O 設備所構成的各種系統(tǒng)等。在大多數(shù)應用場合，可使用1個MCU 作為主控機來控制數(shù)據(jù)，并向1 個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式總是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。

　　當一個主控機通過SPI 與幾種不同的串行I ／ O 芯片相連時，必須使用每片的允許控制端，這可通過MCU 的I ／ O 端口輸出線來實現(xiàn)。

　　但應特別注意這些串行I ／ O 芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數(shù)據(jù)輸出是否有三態(tài)控制端。平時未選中芯片時，輸出端應處于高阻態(tài)。若沒有三態(tài)控制端，則應外加三態(tài)門。否則MCU 的MISO端只能連接一個外設。其次是外設的串行數(shù)據(jù)輸入是否有允許控制端。

　　因為只有在此芯片允許時，SCK 脈沖才把串行數(shù)據(jù)移入該外設；在禁止時，SCK 對外設無影響。若原來沒有允許控制端，則增加控制門；當然，也可以在SPI 總線上只連接1 個外設，就不必用允許控制。

　　通過前文的原理介紹，我們已經(jīng)對SPI 總線的特性以及工作原理有了大致地了解，但當我們拿到一個SPI 總線器件時要正確地應用它，還是一時不知如何下手，比如我們現(xiàn)在要想把一個具體的數(shù)據(jù)存儲放器件中去，需要怎么辦呢？現(xiàn)在，我們來一起看一個數(shù)據(jù)存儲的例子，通過一個實例，相信會給大家?guī)硪粋€感性的認識，下面就以目前單片機系統(tǒng)中廣泛應用的SPI 接口的數(shù)據(jù)存儲器93C46 為例，介紹SPI器件的基本應用。

　　四、93C46串行存儲器簡介

　　93C46 是1k 位串行EEPROM 儲存器。

　　每一個儲存器都可以通過DI/DO 引腳寫入或讀出。它的存儲容量為1024 位，內(nèi)部為128×8位或64×16 位。93C46 為串行三線SPI 操作芯片，在時鐘時序的同步下接收數(shù)據(jù)口的指令。

　　指令碼為9 位十進制碼，具有7 個指令，讀、擦寫使能、擦除、寫、全擦、全寫及擦除禁止。該芯片擦寫時間快，有擦寫使能保護，可靠性高，擦寫次數(shù)可達100 萬次， 93C46 的引腳功能圖如圖2 所示。

圖2 93C46 的引腳圖

表1 ：93C46 串行EEPROM 指令格式選擇表

　　指令說明：

　　① 讀（READ）：當下達10XXXXXX 指令后，地址（XXXXXXXX） 的數(shù)據(jù)在SCK=1 時由DO輸出。

　　② 寫（WRITE）：在寫入數(shù)據(jù)前， 必須先下達寫使能（EWEN） 指令， 然后再下達01XXXXXX 指令后， 當SCK=1 時， 會把數(shù)據(jù)碼寫入指定地址（XXXXXXXX）；而DO=0 時，表示還在進行寫操作， 寫入結束后DO 會轉為高電平。寫入動作完成后，必須再下達寫禁止（EWDS）命令。

　?、?清除（ERASE）： 下達清除指令11XXXXXX 后會將地址（XXXXXXXX）的數(shù)據(jù)清除。

　?、?寫使能（EWEN）：下達0011XXXX 指令后，才可以進行寫（WRITE）操作。

　?、?寫禁止（EWDS）：下達0000XXXX 指令后，才可重復進行寫入（WRITE）操作。

　　⑥ 芯片清除（ERAL）：下達0010XXXX 指令后，全部禁止。

　?、?芯片寫入（WRAL）：下達0001XXXX指令后，全部寫入“0”。

　　我們的例子程序功能是要實現(xiàn)對93C46 存儲器的讀寫操作，并驗證數(shù)據(jù)是否正確。程序先分別向0x02 和0x03 兩個地址寫入0x55 和0xAA，然后讀其中一個地址，并將讀到的數(shù)據(jù)顯示出來驗證是否正確。程序默認是讀0x02 地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，讀者也可以修改地址數(shù)據(jù)來讀其它地址數(shù)據(jù)。

　　首先， 我們來看一下增強型PIC 實驗板上的93C46 接口電路， 因為我們需要將軟件和硬件相結合進行考慮如何來編程，完成該實驗的硬件原理圖如圖3 所示，U6 為實驗板上的93C46 芯片， 單片機的RB1、RB2、RB4、RB5 分別與芯片的CS、CLK、DI、DO 腳相連，七段數(shù)碼管D5、D7、D8 組成了顯示單元，字形碼的數(shù)據(jù)通過RC 口送入，各數(shù)碼管掃描顯示信號分別不同的RA 口進行控制。

圖3 硬件原理圖

　　對于單片機軟件的編程，我們使用MPLabIDE 軟件來進行C 語言編程，它是我們的編程環(huán)境，同時我們可以通過使用ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板連接進行程序的仿真調試和燒寫步驟，具體的操作步驟，我們已經(jīng)在前幾期做了詳細的說明和介紹，在此就不再重復說明，讀者朋友可以參閱以前的文章或直接登陸我們的網(wǎng)站查看資料?，F(xiàn)在我們可以輸入程序代碼進行調試了， 我們在MPLab IDE軟件中新建工程， 加入源程序代碼，同時進行芯片型號的選擇和配置位的設置，我們實驗所用的芯片型號為PIC16F877A。由于篇幅限制，程序的源代碼請上網(wǎng)站www.ele169.com 或www.hificat.com。 流程框圖如圖4 示。

圖4 讀寫演示程序的流程圖

　　編好程序后將編譯好的HEX通過ICD2 仿真燒寫器燒入單片機芯片，上電運行，效果如圖5 所示。“0170”是我們事先寫入存儲器芯片再將其讀出來的十進制值。

圖5 從93C46 讀出的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示

　　看到這里，相信你現(xiàn)在已經(jīng)可以完成一些數(shù)據(jù)存儲方面的實驗。