基于SPI总线的51单片机多机互连编程技术

注意：笔者主机显示设备为LCD12864，从机显示设备为8个数码管，为缩短篇幅，其显示驱动程序未列出。从程序中可以看出，SPI接口在发送一个字节的同时，接收一个字节，这是SPI与其他串行通信方式本质的不同。此外，笔者在接近1 MHz的极限速率下作了测试，数据传输稳定。

3 高级协议的设计和实现
基本协议较简单，可以保证通信双方能够可靠地进行数据传输，但上述协议的实现依赖于从机中断方式。而SPI中断与UART串行中断共用，当从机串行口用于其他通信时，就要避免通信中断的相互干扰。复杂电子系统通信配置图如图4所示。

图4中的单片机串口只是数据发送，而无需接收数据，串行通信也只需单向数据传输。采用查询方式，不占用中断，串行4号中断用于SPI通信。因此，可以用SPI基本协议完成单片机双机通信功能。若电子系统与上位机之间有信息交互的要求，并且收发数据皆为随机，此时系统通信的配置模式如图4所示。
图4中2号机SPI通信和UART通信皆为Slaver方式，由于SPI、UART共用一个中断，会导致通信工作过程不正常，严重时SPI和UART通信皆无法正常进行。上述协议无法满足需要。为此，在基本协议的基础上，构造高级的协议。
高级协议：主机和从机皆用定时器进行SPI数据帧的收发，定时器是SPI通信的发动机，通信是由主机定时器发动。从机仅被动收发，为了保证SPI收发双方数据包的字节相位匹配，必须设置数据包收发缓冲区，收发缓冲区字节个数应当是数据包的N倍。同时，数据包中设置若干包标示字节，通常为头字节、尾字节，以便主从机在接收数据时可以动态的进行字节相位的校准，保证数据接收的可靠性。高级协议构造示意图如图5所示。

图5中，SPI通信数据包为8个字节，包标识字节为0x0d、0x0c。SPI通信发动采用PCA定时器模式，读者也可以采用定时器T1和T2实现SPI通信发动。参考程序如下：



结语
随着单片机技术的发展，串行扩展和串行通信成为单片机应用技术的主流，用户应当掌握各种串行通信方式的开发技术。其中，SPI通信方式的快速数据传输能力，为用户灵活的编制通信协议，为保证通信的可靠性提供了保障。