怎样设计一个基于AVR单片机的SPI串行外设接口？
1、avr单片机的spi接口
spi（serialperipheralinterface---串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，允许mcu与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换，广泛应用于各种工业控制领域。基于此标准，spi系统可以直接于各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口。spi接口通常包含有4根线：串行时钟（sck）、主机输入/从机输出数据线（miso）、主机输出/从机输入数据线（mosi）和低电平有效的从机选择线ss。在从机选择线ss使能的前提下，主机的sck脉冲将在数据线上传输主/从机的串行数据。主/从机的典型连接图如图（1）所示：
图（1）主/从机的连接图
串行外设接口spi允许atmega16和外设之间进行高速的同步数据传输。atmega16spi的特点如下：全双工，3线同步数据传输，主/从机操作，lsb首先发送或msb首先发送，7种可编程的比特率，传送中断结束，写碰撞标志检测，可以从闲置模式唤醒，作为主机时具有双速模式（ck/2）。
如图（2）所示，系统包括两个移位寄存器和一个主时钟发生器。通过将需要的从机的ss引脚拉低，主机启动一次通信过程。主机和从机将需要的数据放到相应的移位寄存器，主机在sck引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据从mosi移出，从从机miso移入。从机的数据从miso移出，从从机mosi移入。主机通过将从机的ss拉高实现与从机的同步。
图（2）spi主机-从机的互连
下面将介绍spi的几个特殊寄存器：
1.1spi的控制寄存器—spcr
spie为spi中断使能，置位后，只要spsr寄存器的spif和sreg寄存器的全局中断使能位置位，就会引发spi中断。spe置位将使能spi，dord置位时数据的lsb首先发送；否则数据的msb首先发送。mstr置位时选择主机模式，否则为从机。cpol置位表示空闲sck为高电平；否则空闲时sck为低电平。cpha决定数据是在sck的起始沿采样还是在sck的结束沿采样。通过对spr1、spr0进行设计，确定主机的sck速率。
1.2spi的状态寄存器—spsr
spif为中断标志位，串行发送结束后，spif置位。若此时寄存器 spcr的spie和全局中断使能位置位，spi中断即产生。进入中断例程后spif将自动清零。在发送当中对spi数据寄存器spdr写数据将置位wcol，spi2x置位后spi的速度加倍。
1.3spi的数据寄存器—spdr
spdr数据寄存器为读/写寄存器，用来在寄存器文件spi移位寄存器之间传输数据。写寄存器将启动数据传输，读寄存器将读取寄存器的接收缓冲器。spi系统的发送方向只有一个缓冲器，而在接收方向有两个缓冲器。也就是说，在发送时一定要等到移位过程全部结束后才能对spi数据寄存器执行写操作。而在接收数据时，需要在下一个字符移位过程结束之前通过访问spi数据寄存器读取当前接收到的字符。否则第一个字节将丢失。
比起8051使用软件模拟时序实现spi功能来，avr的硬件spi实在是先进了许多。通过读写相应的寄存器就能轻松实现spi的操作，使得编程变得更加方面。下面是使用avr spi的几个步骤：
首先，应设置相应管脚的读写寄存器以设定数据传输方向。在mega16里，spi的接口为以下管脚：pb4-pb7 （ss/mosi/miso/clk）。如果工作在主模式则可以这么写（portb=0xff; ddrb=0xbf; pb7（sck）：输出 pb6（miso）：输入 pb5（mosi）：输出 pb4（ss）：输出）
接着还需要设定spi工作寄存器，控制的寄存器只有三个：spdr（spi数据寄存器）、spcr（spi控制寄存器）、spsr（spi状态寄存器），其中spdr是读写移位寄存器中的值，spsr中包括了spie：spi中断使能位 spe：spi使能位 dord：数据传送从最高位或最低位开始mstr：主从工作方式选择 copl/cpha：时钟极性相位选择 spr1/spr0：时钟速率选择；spsr中主要是几个状态标志位，用来做软件查询，spif：spi中断标志位 wcol：冲则可以如下设置突标志位 如果使用的是软件查询， spcr中只需要置spe和mstr两位。
随后的工作就是往spdr里读写数据，需要注意的是一次最少读写一个byte（8 bit）的数据，这和硬件的设计有关。在读取数据前需要先写入数据。可以一次读写一个字节，也可以块读写，在ouravr上的例程中这两种方式均有。
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图（1）主/从机的连接图
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如图（2）所示，系统包括两个移位寄存器和一个主时钟发生器。通过将需要的从机的ss引脚拉低，主机启动一次通信过程。主机和从机将需要的数据放到相应的移位寄存器，主机在sck引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据从mosi移出，从从机miso移入。从机的数据从miso移出，从从机mosi移入。主机通过将从机的ss拉高实现与从机的同步。
图（2）spi主机-从机的互连
下面将介绍spi的几个特殊寄存器：
1.1spi的控制寄存器—spcr
spie为spi中断使能，置位后，只要spsr寄存器的spif和sreg寄存器的全局中断使能位置位，就会引发spi中断。spe置位将使能spi，dord置位时数据的lsb首先发送；否则数据的msb首先发送。mstr置位时选择主机模式，否则为从机。cpol置位表示空闲sck为高电平；否则空闲时sck为低电平。cpha决定数据是在sck的起始沿采样还是在sck的结束沿采样。通过对spr1、spr0进行设计，确定主机的sck速率。
1.2spi的状态寄存器—spsr
spif为中断标志位，串行发送结束后，spif置位。若此时寄存器 spcr的spie和全局中断使能位置位，spi中断即产生。进入中断例程后spif将自动清零。在发送当中对spi数据寄存器spdr写数据将置位wcol，spi2x置位后spi的速度加倍。
1.3spi的数据寄存器—spdr
spdr数据寄存器为读/写寄存器，用来在寄存器文件spi移位寄存器之间传输数据。写寄存器将启动数据传输，读寄存器将读取寄存器的接收缓冲器。spi系统的发送方向只有一个缓冲器，而在接收方向有两个缓冲器。也就是说，在发送时一定要等到移位过程全部结束后才能对spi数据寄存器执行写操作。而在接收数据时，需要在下一个字符移位过程结束之前通过访问spi数据寄存器读取当前接收到的字符。否则第一个字节将丢失。
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首先，应设置相应管脚的读写寄存器以设定数据传输方向。在mega16里，spi的接口为以下管脚：pb4-pb7 （ss/mosi/miso/clk）。如果工作在主模式则可以这么写（portb=0xff; ddrb=0xbf; pb7（sck）：输出 pb6（miso）：输入 pb5（mosi）：输出 pb4（ss）：输出）
接着还需要设定spi工作寄存器，控制的寄存器只有三个：spdr（spi数据寄存器）、spcr（spi控制寄存器）、spsr（spi状态寄存器），其中spdr是读写移位寄存器中的值，spsr中包括了spie：spi中断使能位 spe：spi使能位 dord：数据传送从最高位或最低位开始mstr：主从工作方式选择 copl/cpha：时钟极性相位选择 spr1/spr0：时钟速率选择；spsr中主要是几个状态标志位，用来做软件查询，spif：spi中断标志位 wcol：冲则可以如下设置突标志位 如果使用的是软件查询， spcr中只需要置spe和mstr两位。
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