PSOC3系统SPI模块的数据通信技巧
PSOC3系统SPI模块的
数据通信技巧
作者/万选明，刘织财/柳州铁道职业技术学院
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图1 PSOC3内置的SPI模组
本文将介绍PSOC3/5的SPI 模块，通过本文，读者可以掌握SPI 通信原理和如何使用PSOC 的SPI 模组与其他设备之间的数据通信。
一、原理简介
串行外围设备接口（Serial Peripheral Interface ,SPI）总线技术是摩托罗拉公司推出的同步串行接口。SPI 用于CPU 与各种外围设备进行全双工、同步串行通讯。SPI 可以同时发出和接收数据，只需要4条通讯线就可以完成MCU 与外围设备的通信。这4条信号线分别是主机输出从机输入数据线（MOSI），从机输出主机输入数据线(MISO)、低电平有效从机选择线（SS），串行时钟线（SCLK）。其功能定义如表1所示。
SPI 设备分为主设备（SPIM）和从设备（SPIS），主设备向从设备输出时钟和数据，从设备的数据输出又作为主设备的数据输入。主从设备的协同工作需要一个循环移位寄存器来辅助完成，主设备用这个寄存器产生时钟和初始化数据传输。如果SPIM 要向SPIS
发送数据，首先启动SPIM。SCLK 时钟信号有效，将SS 置低使能SPIS，调用相应的API 函数，SPIM 和SPIS 就可以进行数据传输。如果要向SPIS 中的某个寄存器写数据，先发送相应寄存器地址，再发送要写的数据。数据传输过程中，主从设备都是同时发送和接收数据；同样，要读取从机数据也需要先发送一个寄存器地址，再从该地址读数据。
PSOC3器件可配置成的SPI 的用户模块包括SPI Master 模块（SPIM）和SPI Slave 模块(SPIS)，这两个模块存放在communications SPI 下，图标如图1所示。
PSOC3内置的SPI 模组的主要特性有：1）支持标准SPI 协议；
2）支持SPI 时序模式0，1，2，3；3）支持 3~16位的数据宽度；
4）主设备最高传输速率达9Mbps，从设备最高传输速率达5Mbps ；
5）2种可选的数据传输方向（MSB 在前、LSB 在前）。
名称功 能说 明
SS 片选从设备选择（低电平
有效）SCLK 串行时钟主设备产生的时钟MOSI 主机输出从机输入主机数据输出MISO
从机输出主机输入
从机数据数据
表1 SPI模块信号定义
函数名称
功能描述
SPIM_Start / SPIM_Start 配置SPIM/SPIS工作模式，并使能SPIM/SPIS模块
SPIM_Stop / SPIS_Stop
关闭 SPIM/SPIS 模块
SPIM_WriteTxData / SPIS_WriteTxData SPIM向发送缓存区发送一个字节/字的数据SPIM_ReadRxData / SPIS_ReadRxData 从接收缓存区读回一个字节/字的数据
SPIM_ClearRxBuffer / SPIS_ClearRxBuffer
清除SPIM/SPIS接收缓存区
SPIM_ClearTxBuffer / SPIS_ClearTxBuffer
清除SPIM/SPIS发送缓存区
SPIM_ClearFIFO / SPIS_ClearFIFO
清SPIM/SPIS FIFO
表2 SPIM/SPIS用户模块常用API函数列表
图2 MAX7221应用电路
寄存器名称ADDRESS 配置参数说明测试模式0x0f 0x00非测试模式关断寄存器0x0c 0x01非关断模式扫描限制寄存器0x0b 0x03数码管0，1，2，3显示
亮度寄存器0x0a 0x05亮度为6/16译码模式0x090x0f
数码管0，1，2，3编码数码管00x01数码管0显示数据数码管10x02数码管0显示数据数码管20x03数码管0显示数据数码管3
0x04
数码管0显示数据
表3 MAX7221初始化参数
PSOC-MAX7221。
创建原理图，打开TopDesign.cysch，放置一个SPIM 模组 （放置路径：Cypress Component Catalog
Communications SPI，SPI Master Full Duplex
mode Macro [V2.10]），双击SPIM —1对SPIM 进行配置。配置的目的是让主、从机双方遵守同样的协议，对于MAX7221而言，其采用模式0传输数据，数据长度为16位二进制数，用D0~D15表示，其中D8~D11为寄存器地址，D0~D7为数据，D12~D15位为无关项，首先收到的数据是D15，即最高有效位(MSB)，故对SPIM 配置要与MAX7221一致，如图3所示。
打开图3中的Advanced， 如图4所示，在这个标签中我要做以下几项设置，时钟可以选择内部时钟，也可以选择外部时钟。如选择外部时钟，需要注意的是输入时钟频率至少要求是波特率的2倍。因为传输一个数据位需要2个时钟周期。除此之外，还有接收/发送缓存区的大小设置，中断使能等，根据实际需要进行设置，本例只选择内部时钟，其余默认。
引脚映射，打开以.cydwr 为后缀名的文件，对SPIM 引脚映射，如图5所示。
创建好原理图后，点击Build Build PSOC3-Max7221，编译后展开系统自带API 函数。打开main.c，编写程序，程序代码如下：
#include
void Send_TO_Max7221(uint16 Register ,uint16 Data);
图3 PIM参数配置1
图4 SPIM参数配置2
图5 引脚映射表2是PSOC3可配置SPI模块的一些常用API函数。
二、典型应用
PSOC3内置的SPI 模组既有主机模组(SPIM)又有从机模组（SPIS）,也就是说PSOC3本身既可做主机又可做从机，本例将采用PSOC3作为主机，选择MAX7221作为从机，来实现二者之间的数据通信，MAX7221是一款串行SPI 接口、8位LED 显示驱动器，是一款比较典型的芯片，相信大家并不陌生，今天我们就用PSOC3控制MAX7221在LED 上显示数字。
图2是本例使用的MAX7221工作电路，由于MAX7221对PSOC3而言仅作为输出设备，无数据返回，所以本例只用了SS、SCLK、MOSI 三个信号线，MISO 没有使用。使用MAX7221前需要对其做一些简单配置。配置参数如表3。
打开 PSOC Creator ，创建一个项目，命名为
//函数声明
void main()
{
SPIM_1_Start(); //启动SPI主机
/*初始化MAX7221设置*/
Send_TO_Max7221(0x0c,0x01); //关断寄存器--正常操作模式Send_TO_Max7221(0x0b,0x03); //扫描控制仅0-3位显示
Send_TO_Max7221(0x0a,0x05); //亮度控制--6/16
Send_TO_Max7221(0x09,0x0f); //编码方式：0-3位采用编码方式Send_TO_Max7221(0x0f,0x00); //非测试模式
/*送显示数据给MAX7221*/
Send_TO_Max7221(0x01,0x08);
//第1位LED显示8
Send_TO_Max7221(0x02,0x03); //第2位LED显示3
Send_TO_Max7221(0x03,0x09); //第3位LED显示9
Send_TO_Max7221(0x04,0x0f); //第4位LED不显示
for(;;)
{
}
}
void Send_TO_Max7221(uint16 Register,uint16 Data)
{
uint16 Data16 = 0;
SPIM_1_ClearTxBuffer();
//发送前清除发送缓冲区
Data16 = (Register <<8) | Data;
//将寄存器地址与命令数据合成一个16位数据
SPIM_1_WriteTxData(Data16);
//通过SPI主机模块把16位数据送出去
while(!(SPIM_1_ReadStatus() & SPIM_1_STS_TX_FIFO_ EMPTY))
{
;
}
SPIM_1_ClearFIFO() ;
//清FIFO
}
编译和调试，连接硬件，将编译后的程序下载到PSOC开发板，观察实验现象是否正确，如不正确，检查问题所在，图6是笔者的实验现场。
三、总结
本文以PSOC3为例，介绍了SPI总线的工作原理，并结合MAX7221给出了SPI总线的使用方法。通过该文，读者可以了解SPI模组的工作原理和使用流程。可以利用SPI串行通信方便地将各种SPI设备连接起来，也可以用SPI模组扩展MCU的端口。因此希望读者多加练习，将PSOC的SPI资源应用到实际项目中来。读者在使用过程中有什么困难，也可跟我交流，博客地址：http:// https://www.wendangku.net/doc/e99438997.html,/luohe2008/blog/ 。
图6 实验现场
END