Arduino - 串行外设接口（ Serial Peripheral Interface）

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2023-12-01

串行外设接口（SPI）总线是一种串行通信系统，最多使用四根导线，通常为三根。一根导线用于数据接收，一根用于数据发送，一根用于同步，另一根用于选择与之通信的设备。它是全双工连接，这意味着数据同时发送和接收。最大波特率高于I2C通信系统。

板SPI引脚

SPI使用以下四条线 -

SCK - 这是由主机驱动的串行时钟。
MOSI - 这是主机驱动的主输出/从机输入。
MISO - 这是主机驱动的主输入/从机输出。
SS - 这是从选择线。

使用以下功能。你必须包括SPI.h.

SPI.begin() - 通过将SCK，MOSI和SS设置为输出，将SCK和MOSI拉低，SS为高电平来初始化SPI总线。
SPI.setClockDivider(divider) - 设置相对于系统时钟的SPI时钟分频器。在基于AVR的电路板上，可用的分频器为2,4,8,16,32,64或128.默认设置为SPI_CLOCK_DIV4，它将SPI时钟设置为系统时钟频率的四分之一（5 Mhz用于20 MHz的电路板）。
Divider - 可以是（SPI_CLOCK_DIV2，SPI_CLOCK_DIV4，SPI_CLOCK_DIV8，SPI_CLOCK_DIV16，SPI_CLOCK_DIV32，SPI_CLOCK_DIV64，SPI_CLOCK_DIV128）。
SPI.transfer(val) - SPI传输基于同时发送和接收:接收的数据在receivedVal中返回。
SPI.beginTransaction(SPISettings(speedMaximum, dataOrder, dataMode)) - speedMaximum是时钟，dataOrder（MSBFIRST或LSBFIRST），dataMode（SPI_MODE0，SPI_MODE1，SPI_MODE2或SPI_MODE3）。

我们在SPI中有四种操作模式如下 -

Mode 0 (the default) - 时钟通常为低电平（CPOL = 0），数据在从低电平到高电平（前沿）（CPHA = 0）的转换时采样。
Mode 1 - 时钟通常为低电平（CPOL = 0），数据在从高电平到低电平（后沿）（CPHA = 1）的转换中采样。
Mode 2 - 时钟通常为高电平（CPOL = 1），数据在从高电平到低电平（前沿）（CPHA = 0）的转换中进行采样。
Mode 3 - 时钟通常为高（CPOL = 1），数据在从低到高（后沿）（CPHA = 1）的转换中采样。
SPI.attachInterrupt(handler) - 从设备从主设备接收数据时要调用的函数。

现在，我们将两个Arduino UNO板连接在一起; 一个作为主人，另一个作为奴隶。

(SS) : pin 10
(MOSI) : pin 11
(MISO) : pin 12
(SCK) : pin 13

地面很常见。以下是两块板之间连接的图示 -

让我们看一下SPI作为Master和SPI作为Slave的例子。

SPI作为MASTER

例子 (Example)

#include <SPI.h>
void setup (void) {
   Serial.begin(115200); //set baud rate to 115200 for usart
   digitalWrite(SS, HIGH); // disable Slave Select
   SPI.begin ();
   SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8);//divide the clock by 8
}
void loop (void) {
   char c;
   digitalWrite(SS, LOW); // enable Slave Select
   // send test string
   for (const char * p = "Hello, world!\r" ; c = *p; p++) {
      SPI.transfer (c);
      Serial.print(c);
   }
   digitalWrite(SS, HIGH); // disable Slave Select
   delay(2000);
}

SPI作为SLAVE

例子 (Example)

#include <SPI.h>
char buff [50];
volatile byte indx;
volatile boolean process;
void setup (void) {
   Serial.begin (115200);
   pinMode(MISO, OUTPUT); // have to send on master in so it set as output
   SPCR |= _BV(SPE); // turn on SPI in slave mode
   indx = 0; // buffer empty
   process = false;
   SPI.attachInterrupt(); // turn on interrupt
}
ISR (SPI_STC_vect) // SPI interrupt routine { 
   byte c = SPDR; // read byte from SPI Data Register
   if (indx < sizeof buff) {
      buff [indx++] = c; // save data in the next index in the array buff
      if (c == '\r') //check for the end of the word
      process = true;
   }
}
void loop (void) {
   if (process) {
      process = false; //reset the process
      Serial.println (buff); //print the array on serial monitor
      indx= 0; //reset button to zero
   }
}