1、AVR單片機的SPI接口

SPI（SerialPeripheralINTERFACE---串行外設接口）總線系統是一種同步串行外設接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信、數據交換，廣泛應用于各種工業控制領域。基于此標準，SPI系統可以直接于各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口。SPI接口通常包含有4根線：串行時鐘（SCK）、主機輸入/從機輸出數據線（MISO）、主機輸出/從機輸入數據線（MOSI）和低電平有效的從機選擇線SS。在從機選擇線SS使能的前提下，主機的SCK脈沖將在數據線上傳輸主/從機的串行數據。主/從機的典型連接圖如圖（1）所示：

圖（1）主/從機的連接圖

串行外設接口SPI允許ATmega16和外設之間進行高速的同步數據傳輸。ATmega16SPI的特點如下：全雙工，3線同步數據傳輸，主/從機操作，LSB首先發送或MSB首先發送，7種可編程的比特率，傳送中斷結束，寫碰撞標志檢測，可以從閑置模式喚醒，作為主機時具有雙速模式（CK/2）。

如圖（2）所示，系統包括兩個移位寄存器和一個主時鐘發生器。通過將需要的從機的SS引腳拉低，主機啟動一次通信過程。主機和從機將需要的數據放到相應的移位寄存器，主機在SCK引腳上產生時鐘脈沖以交換數據。主機的數據從MOSI移出，從從機MISO移入。從機的數據從MISO移出，從從機MOSI移入。主機通過將從機的SS拉高實現與從機的同步。

圖（2）SPI主機-從機的互連

下面將介紹SPI的幾個特殊寄存器：

1.1SPI的控制寄存器—SPCR

SPIE為SPI中斷使能，置位后，只要SPSR寄存器的SPIF和SREG寄存器的全局中斷使能位置位，就會引發SPI中斷。SPE置位將使能SPI，DORD置位時數據的LSB首先發送；否則數據的MSB首先發送。MSTR置位時選擇主機模式，否則為從機。CPOL置位表示空閑SCK為高電平；否則空閑時SCK為低電平。CPHA決定數據是在SCK的起始沿采樣還是在SCK的結束沿采樣。通過對SPR1、SPR0進行設計，確定主機的SCK速率。

1.2SPI的狀態寄存器—SPSR

SPIF為中斷標志位，串行發送結束后，SPIF置位。若此時寄存器 SPCR的SPIE和全局中斷使能位置位，SPI中斷即產生。進入中斷例程后SPIF將自動清零。在發送當中對SPI數據寄存器SPDR寫數據將置位WCOL，SPI2X置位后SPI的速度加倍。

1.3SPI的數據寄存器—SPDR

SPDR數據寄存器為讀/寫寄存器，用來在寄存器文件SPI移位寄存器之間傳輸數據。寫寄存器將啟動數據傳輸，讀寄存器將讀取寄存器的接收緩沖器。SPI系統的發送方向只有一個緩沖器，而在接收方向有兩個緩沖器。也就是說，在發送時一定要等到移位過程全部結束后才能對SPI數據寄存器執行寫操作。而在接收數據時，需要在下一個字符移位過程結束之前通過訪問SPI數據寄存器讀取當前接收到的字符。否則第一個字節將丟失。

比起8051使用軟件模擬時序實現SPI功能來，AVR的硬件SPI實在是先進了許多。通過讀寫相應的寄存器就能輕松實現SPI的操作，使得編程變得更加方面。下面是使用AVR SPI的幾個步驟：

首先，應設置相應管腳的讀寫寄存器以設定數據傳輸方向。在Mega16里，SPI的接口為以下管腳：PB4-PB7 （SS/MOSI/MISO/CLK）。如果工作在主模式則可以這么寫（PORTB=0xff; DDRB=0xBF; PB7（SCK）：輸出 PB6（MISO）：輸入 PB5（MOSI）：輸出 PB4（SS）：輸出）

接著還需要設定SPI工作寄存器，控制的寄存器只有三個：SPDR（SPI數據寄存器）、SPCR（SPI控制寄存器）、SPSR（SPI狀態寄存器），其中SPDR是讀寫移位寄存器中的值，SPSR中包括了SPIE：SPI中斷使能位 SPE：SPI使能位 DORD：數據傳送從最高位或最低位開始MSTR：主從工作方式選擇 COPL/CPHA：時鐘極性相位選擇 SPR1/SPR0：時鐘速率選擇；SPSR中主要是幾個狀態標志位，用來做軟件查詢，SPIF：SPI中斷標志位 WCOL：沖則可以如下設置突標志位 如果使用的是軟件查詢， SPCR中只需要置SPE和MSTR兩位。

隨后的工作就是往SPDR里讀寫數據，需要注意的是一次最少讀寫一個Byte（8 bit）的數據，這和硬件的設計有關。在讀取數據前需要先寫入數據。可以一次讀寫一個字節，也可以塊讀寫，在OurAVR上的例程中這兩種方式均有。