一個完整的單片機系統(tǒng)，通常包括鍵盤輸入、顯示輸出、打印輸出、數(shù)據(jù)采集等許多功能模塊。這些功能模塊一般是通過i/o端口實現(xiàn)與單片機的數(shù)據(jù)交換，但是單片機的i/o端口有限，且一般用來處理數(shù)字信號，從而產(chǎn)生了總線式傳輸模式。

　　現(xiàn)在大多數(shù)單片機都是傳統(tǒng)的三總線結(jié)構(gòu)，即地址，數(shù)據(jù)，控制三總線。由于方便控制，三總線得到廣泛的應(yīng)用。但是作為并行總線，它也有一定的局限性。不適合遠(yuǎn)距離的傳輸。與i/o口的數(shù)目存在矛盾。隨著電子技術(shù)的進步，發(fā)展出很多新的總線接口，如usb、i2c、can、spi、1-wire等。這些總線的特點都是串行接口，只需要幾根甚至一根線就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。本文通過對支持spi總線的ad器件max189性能分析，簡要介紹了spi總線在單片機系統(tǒng)中如何應(yīng)用，并利用其制作一款簡易的電壓表。

　　一、spi總線簡介

　　spi(serial peripheral interface)是motorola公司提出的同步串行總線方式。因其硬件功能強大而被廣泛應(yīng)用。在單片機組成的智能儀器和測控系統(tǒng)中。如果對速度要求不高，采用spi總線模式是個不錯的選擇。它可以節(jié)省i/o端口，提高外設(shè)的數(shù)目和系統(tǒng)的性能。標(biāo)準(zhǔn)spi總線由四根線組成：串行時鐘線(sck)、主機輸入/從機輸出線(miso)。主機輸出/從機輸入線(mosi)和片選信號(cs)。有的spi接口芯片帶有中斷信號線或沒有mosi。圖1給出了spi的典型時序圖。

　　spi主要性能如下：

　　全雙工，三線同步傳輸

　　1.05mbit/s的最大主機位速率

　　四種可編程主機位速率

　　可編程串行時鐘極性與相位

　　發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志

　　寫沖突保護

　　總線競爭保護

　　二、max189芯片

　　max189是美國美信公司設(shè)計的一種12位串行a/d轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部集成了大帶寬跟蹤/保持電路和串行接口。轉(zhuǎn)換速率高，功耗低，精度高。并且有spi、microwire和tms320兼容的4線串行接口，與微處理器接口。只需要很少的口線，很節(jié)約資源。

　　max189的特點:

　　三線高速串行接口，12位分辨率

　　8.5 us逐次逼近型adc

　　單一5v工作電壓，工作電流1.5ma。關(guān)斷電流2ua

　　0-5v模擬輸入電壓范圍

　　使用片外時鐘源

　　外置參考電壓

　　內(nèi)部跟蹤/保持電路，75ksps采樣速率

　　1/2lsb整體非線性度

　　max189的時序如圖2，表1給出了max189引腳功能。

　　pin 名稱 功能說明

　　1 vcc 電源輸入，+5v(±5%)

　　2 ain 模擬電壓輸入端，0-ref。

　　3 /shdn 三電平關(guān)閉輸入端，低電平關(guān)斷

　　4 ref 用于模擬信號的基準(zhǔn)電壓端，使用外部基準(zhǔn)源時用作輸入

　　5 gnd 模擬和數(shù)字地

　　6 dout 串行數(shù)據(jù)輸出端，數(shù)據(jù)在sclk的下降沿輸出

　　7 /cs 片選，低電平有效

　　8 sclk 串行時鐘輸入端(最大5mhz)

　　該簡易電壓表電路采用不帶spi接口的at89c2051單片機，其指令系統(tǒng)與51系列完全兼容�？梢酝ㄟ^軟件模擬spi時序，包括串行時鐘。數(shù)據(jù)輸入和輸出。來實現(xiàn)對a/d器件max189的操作。所測電壓經(jīng)過單片機的處理，采用三個七段數(shù)碼管顯示。采用sn74ls164擴展i/o口。max189的2腳為待測模擬電壓輸入端。圖3是簡易電壓表的原理圖，其中a為數(shù)碼管顯示電路，b為a/d轉(zhuǎn)換部分電路。

　　max189可以工作在兩種模式下。即普通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。如果將shdn置低電平。器件處于美斷狀態(tài)，電流小于10 ua。當(dāng)把shdn置高電平或懸空。器件就可以被操作。此時，cs在時鐘下降沿啟動轉(zhuǎn)換.在時鐘sclk的每一個上升沿把一個最高位為“1”的控制宇節(jié)的各位送入輸入移位寄存器.并啟動串行時鐘.開始將輸入電壓值逐次逼近轉(zhuǎn)換。它用輸入跟蹤/保持(t/h)和12位逐次逼近寄存器(sar)構(gòu)成的電路系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)宇信號輸出。t/h電路不需要外部保持電容。輸出數(shù)據(jù)按照高位在前.低位在后的順序。在12個sclk的每一個下降沿決定逐次逼近的各位并將數(shù)據(jù)送到dout端。每一位轉(zhuǎn)換結(jié)束后dout由低電平變?yōu)楦唠娖健?轉(zhuǎn)換過程中不能對sclk操作)按照時序要求。每輸入一個(移位)脈沖。下降沿取出一位數(shù)據(jù)。單片機讀取并做處理。讀出12位數(shù)據(jù)后，可以開始下一次轉(zhuǎn)換。

　　at89c2051的串行端口處于模式0。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是通過rxd引腳(這里只用來發(fā)送數(shù)據(jù)).txd則負(fù)責(zé)送出移位脈沖。其數(shù)據(jù)位由lsb開始發(fā)送/接收8個位。波特率固定為fosc/12。sn74ls164負(fù)責(zé)接收串行口發(fā)送的數(shù)據(jù)。在傳輸8個位后。其將數(shù)據(jù)并行送出驅(qū)動數(shù)碼管.顯示