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51单片机模拟 SPI 总线的方法1 引言SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。
外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。
SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（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（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。
由于SPI系统总线一共只需3～4位数据线和控制即可实现与具有SPI总线接口功能的各种I/O器件进行接口，而扩展并行总线则需要8根数据线、8～16位地址线、2～3位控制线，因此，采用SPI总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和I/O口线，提高设计的可靠性。
由此可见，在MCS51系列等不具有SPI接口的单片机组成的智能仪器和工业测控系统中，当传输速度要求不是太高时，使用SPI总线可以增加应用系统接口器件的种类，提高应用系统的性能。
2 SPI总线的组成利用SPI总线可在软件的控制下构成各种系统。
如1个主MCU和几个从MCU、几个从MCU 相互连接构成多主机系统（分布式系统）、1个主MCU和1个或几个从I/O设备所构成的各种系统等。
在大多数应用场合，可使用1个MCU作为控机来控制数据，并向1个或几个从外围器件传送该数据。
从器件只有在主机发命令时才能接收或发送数据。
其数据的传输格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。
SPI总线接口系统的典型结构。
当一个主控机通过SPI与几种不同的串行I/O芯片相连时，必须使用每片的允许控制端，这可通过MCU的I/O端口输出线来实现。
但应特别注意这些串行I/O芯片的输入输出特性：首先是输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。
引言在单片机系统中，串口（UART，通用异步收发接口）是一个非常重要的组成部分。
通常使用单片机串口通过RS232/RS485电平转换芯片与上位机连接，以进行上位机与下位机的数据交换、参数设置、组成网络以及各种外部设备的连接等。
RS232/RS485串行接口总线具有成本低、简单可靠、容易使用等特点，加上其历史悠久，所以目前应用仍然非常广泛；特别对于数据量不是很大的场合，串口通信仍然是很好的选择，有着广阔的使用前景。
在单片机编程中，串口占了很重要的地位。
传统方式串口程序的调试，往往是利用专用的单片机硬件仿真器。
在编写好程序后，利用仿真器来设置断点，观察变量和程序的流程，逐步对程序进行调试，修正错误。
使用硬件仿真器的确是很有效的方法，但是也有一些缺点：◆很多仿真器不能做到完全硬件仿真，因而会造成仿真时正常，而实际运行时出现错误的情况；也有仿真不能通过，但是实际运行正常的情况。
◆对于一些较新的芯片或者是表面贴装的芯片，要么没有合适的仿真器或仿真头；要么就是硬件仿真器非常昂贵，且不容易买到。
◆有时由于设备内部结构空间的限制，仿真头不方便接入。
◆有的仿真器属于简单的在线仿真型，仿真时有很多限制。
例如速度不高，实时性或稳定性不好，对断点有限制等，造成仿真起来不太方便。
1 调试前的准备工作下面介绍一种利用Keil的软件仿真功能来实现51单片机串口调试用户程序的方法。
使用这种方法，无需任何硬件仿真器，甚至都不需要用户电路板。
所需的只是：①硬件。
1台普通计算机（需要带有2个标准串口）和１根串口线（两头都是母头，连线关系如图1所示）。
②串口软件可以是自己编写的专用调试或上下位机通信软件，也可以是通用的串口软件(如串口助手、串口调试等)，主要用来收发数据。
如果没有合适的串口调试软件，则可使用笔者编写的一个免费的串口小工具TurboCom。
除了与其他软件一样的数据收发功能外，它还有定时轮流发送自定义数据帧和自动应答（接收到指定数据帧后，自动返回相应的数据帧）这两个很有用的功能，特别适合于老化测试。
51单片机双机通信仿真
51单片机双机通信仿真需要使用仿真软件，例如Proteus等，同时还需要掌握51单片机的通信协议。
一般而言，可以通过串口通信、I2C总线、SPI总线等方式实现双机通信。
以下是基于串口通信的示例：
1. 确定双方的串口通信参数，例如波特率、数据位、校验位和停止位等。
2. 编写发送和接收程序，根据协议制定消息格式并进行数据打包和解析。
发送程序中将消息通过串口输出到对应的接收端口。
3. 在仿真软件中添加串口模块，设置对应的参数并连接发送端口和接收端口。
4. 运行仿真程序，可以使用oscilloscope等工具查看串口状态和数据传输情况。
以上仅为简单示例，具体实现还需考虑实际应用场景和通信需求。
51单片机总线时序
一、总线概述
计算机系统是以微处理器为核心的，各器件要与微处理器相连，且必须协调
工作，所以在微处理机中引入了总线的概念，各器件共同享用总线，任何时候
只能有一个器件发送数据(可以有多个器件同时接收数据) 。
计算机的总线分为控制总线、地址总线和数据总线等三种。
而数据总线用于
传送数据，控制总线用于传送控制信号，地址总线则用于选择存储单元或外设。
二、单片机的三总线结构
51 系列单片机具有完善的总线接口时序，可以扩展控制对象，其直接寻址能力达到64k( 2 的16 次方) 。
在总线模式下，不同的对象共享总线，独立编址、分时复用总线，CPU 通过地址选择访问的对象，完成与各对象之间的信息传递。
单片机三总线扩展示意如图1 所示。
1、数据总线
51 单片机的数据总线为P0 口，P0 口为双向数据通道，CPU 从P0 口送出和读回数据。
2、地址总线
51 系列单片机的地址总线为16 位。
为了节约芯片引脚，采用P0 口复用方式，除了作为数据总线外，在ALE 信号时序匹配下，通过外置的数据锁存器，在总线访问前半周期从P0 口送出
低8 位地址，后半周期从P0 口送出8 位数据。
高8 位地址则通过P2 口送出。
基于51单片机的SPI总线基于51单片机的SPI总线单片机和其它芯片或设备之间的数据传输在单片机的使用中具有重要的地位，单片机本身的数据传输接口过去主要为8位并行数据接口或异步串行通信接口，但电子技术的迅速发展使得许多新的数据传输接口标准不断涌现，大多数的51单片机并没有在硬件中集成这些新的数据传输接口。
SPI（Serial Peripheral Interface)总线是由Motorola公司提出的一种同步串行外围接口，采用三或四根信号线。
51单片机一般并没有在硬件中集成这种新的接口，所以要用软件来进行模拟。
1 硬件设计DS1302是涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟／日历和31字节静态R AM，实时时钟／日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM／PM指示决定采用24或12小时格式。
DS1302和单片机之间能简单地采用SPI同步串行的方式进行通信，仅需用到三根信号线：RES(复位)，I／O(数据线)，SCLK(同步串行时钟)。
通过16 02LCD显示日期和时间，其电路如下所示。
在桌面上双击图标，打开ISIS 7 Professional窗口（本人使用的是v7.4 SP3中文版）。
单击菜单命令“文件”→“新建设计”，选择DEFAULT模板，保存文件名为“SPI.DSN”。
在器件选择按钮中单击“P”按钮，或执行菜单命令“库”→“拾取元件／符号”，添加如下表所示的元件。
51单片机AT89C51 一片晶体CRYSTAL 12MHz 一只瓷片电容CAP 22pF 二只电解电容CAP-ELEC 10uF 一只电阻RES 10K 一只排阻 RESPAC-8 10K 一只1602液晶显示器 LM016L 一只晶体CRYSTAL 32.768KHz 一只时钟芯片DS1302 一片电池BATTERY 3V 一只若用Proteus软件进行仿真，则上图中的两只晶体、U1的复位电路和U1的31脚以及电池都可以不画，它们大都是默认的。
