如何在两个Arduino开发板之间使用SPI总线进行通信

风筝

微控制器使用许多不同的协议与各种传感器和外围设备进行通信。有许多用于无线和有线通信的协议，并且最常用的通信技术是串行通信。串行通信是通过通信信道或总线一次一位地发送数据的过程。有许多类型的串行通信，如UART、CAN、USB、I2C和SPI通信。

在本篇文章中，我们将了解SPI协议以及如何在Arduino中使用它。我们将使用SPI协议在两个Arduino开发板之间进行通信。在这里，一个Arduino开发板将充当主机Master，另一个将充当从机Slave，分别有两个LED和按钮连接到两个arduino开发板。为了演示SPI通信，我们将使用SPI串行通信协议通过从站侧的按钮控制主机的LED，反之亦然。

什么是SPI？

SPI（串行外设接口）是一种串行通信协议。摩托罗拉在1970年发明了SPI接口。SPI具有全双工连接，这意味着数据可以同时发送和接收。即主设备可以将数据发送到从设备，从设备可以同时向主设备发送数据。 SPI是同步串行通信意味着通信需要时钟。

SPI的工作过程

SPI使用四条线进行主/从通信。 SPI只能有一个主站，并且可以有多个从站。主设备通常是微控制器，从设备可以是微控制器、传感器、ADC、DAC、LCD等。

下面是SPI主机带单个从机的框图表示。

SPI有四条线MISO、MOSI、SS和CLK

●    MISO（主进从出） - 用于向主设备发送数据的从设备线。

●    MOSI（主出从入） - 用于向外设发送数据的主线。

●    SCK（串行时钟） - 同步主机产生的数据传输的时钟脉冲。

●    SS（从机选择）-Master可以使用此引脚来启用和禁用特定设备。

SPI主站带多个从站的框图

要启动主机和从机之间的通信，我们需要将所需设备的从机选择（SS）引脚设置为低电平，以便它可以与主机通信。当该引脚为高电平时，它会忽略主机。这允许您让多个SPI设备共享相同的MISO、MOSI和CLK主线。如上图所示，有四个从器件，其中SCLK、MISO，MOSI与主器件共用，每个器件的SS分别连接到主器件的各个SS引脚（SS1、SS2、SS3）。通过将所需的SS引脚设置为低电平，主器件可以与该从器件通信。

Arduino UNO中的SPI引脚

下图显示了Arduino UNO中的SPI引脚（红色框中）。

SPI线	Arduino引脚
MOSI	11或ICSP-4
MISO	12或ICSP-1
SCK	13或ICSP-3
SS	10

在Arduino中使用SPI

在开始编程两个Arduinos之间的SPI通信之前。我们需要了解Arduino IDE中使用的SPI库。

库<SPI.h>包含在程序中，用于使用以下SPI通信函数。

1. SPI.begin()

用途：通过将SCK、MOSI和SS设置为输出来初始化SPI总线，将SCK和MOSI拉低，SS为高电平。

2. SPI.setClockDivider(divider)

用途：设置相对于系统时钟的SPI时钟分频器。可用的分频器为2,4,8,16,32,64或128。

divider参数：

         ◾    SPI_CLOCK_DIV2

         ◾    SPI_CLOCK_DIV4

         ◾    SPI_CLOCK_DIV8

         ◾    SPI_CLOCK_DIV16

         ◾    SPI_CLOCK_DIV32

         ◾    SPI_CLOCK_DIV64

         ◾    SPI_CLOCK_DIV128

3. SPI.attachInterrupt(handler)

用途：当从设备从主设备接收数据时，将调用此函数。

4. SPI.transfer(val)

用途：此函数用于在主站和从站之间同时发送和接收数据。

现在让我们从Arduino中SPI协议的实际演示开始。在本篇文章中，我们将使用两个arduino中的一个作为master，另一个作为slave。两个Arduino都分别带有一个LED和一个按钮。主LED可以通过使用从机Arduino的按钮来控制，从机Arduino的LED可以通过主Arduino的按钮使用arduino中的SPI通信协议来控制。

需要的组件

●    Arduino UNO开发板

●    LED指示灯

●    按钮

●    电阻10k

●    电阻2.2k

●    面包板

●    连接导线

Arduino SPI通信电路图

编程说明

本教程有两个程序，一个用于主arduino，另一个用于从机arduino。在本文的末尾处，提供了两个Arduino开发板的完整程序。

主机Arduino编程介绍

1.首先，我们需要包含SPI库以使用SPI通信函数。

1. #include<SPI.h>                             

复制代码

2.在void setup()函数中，我们以波特率115200启动串行通信。

1. Serial.begin(115200);   

复制代码

将LED连接至引脚7，将按钮连接至引脚2，并分别设置这些引脚OUTPUT和INPUT。

1. pinMode(ipbutton,INPUT);               
   
2. pinMode(LED,OUTPUT);   

复制代码

接下来我们开始SPI通信

1. SPI.begin();  

复制代码

接下来，我们设置Clockdivider进行SPI通信。这里我们设置了分频系数8。

1. SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV8);   

复制代码

然后将SS引脚置为高电平，因为我们没有启动任何传输到从机arduino。

1. digitalWrite(SS,HIGH);     

复制代码

3.在void loop()函数中：

我们读取了连接到pin2（Master Arduino）的按钮引脚的状态，用于将这些值发送到从Arduino。

1. buttonvalue = digitalRead(ipbutton);   

复制代码

根据引脚2的输入设置逻辑以设置x值（发送到从机）

1.   if(buttonvalue == HIGH)               
   
2.   {
   
3.     x = 1;
   
4.   }
   
5.   else
   
6.   {
   
7.     x = 0;
   
8.   }
   

复制代码

在发送值之前，我们需要将从机选择值设置为LOW以开始从主设备传输到从设备。

1. digitalWrite(SS, LOW);         

复制代码

以下是重要的一步，在下面的语句中，我们将存储在Mastersend变量中的按钮值发送到从机arduino，并从slave中接收将存储在Mastereceive变量中的值。

1. Mastereceive=SPI.transfer(Mastersend);

复制代码

之后，根据Mastereceive值，我们将点亮或熄灭主机Arduino上的LED灯。

1. if(Mastereceive == 1)                  
   
2.   {
   
3.     digitalWrite(LED,HIGH);        //Sets pin 7 HIGH
   
4.     Serial.println("Master LED ON");
   
5.   }
   
6.   else
   
7.   {
   
8.    digitalWrite(LED,LOW);         //Sets pin 7 LOW
   
9.    Serial.println("Master LED OFF");
   
10.   }

复制代码

注意：我们使用serial.println()在Arduino IDE的串行监视器中查看结果。

从机Arduino编程代码介绍

1.首先，我们需要包含SPI库以使用SPI通信函数。

1. #include<SPI.h>

复制代码

2.在void setup()函数中，我们以波特率115200启动串行通信。

1. Serial.begin(115200);

复制代码

将LED连接至引脚7，将按钮连接至引脚2，并分别设置这些引脚OUTPUT和INPUT。

1. pinMode(ipbutton,INPUT);
   
2. pinMode(LED,OUTPUT);

复制代码

这里重要的一步是

1. pinMode(MISO,OUTPUT);                  

复制代码

以上语句将MISO设置为OUTPUT（必须将数据发送到主IN）。所以数据是通过Slave Arduino的MISO发送的。

现在使用SPI控制寄存器在从模式下打开SPI

1. SPCR |= _BV(SPE);         

复制代码

然后打开SPI中断的中断。如果从主站接收数据，则调用中断例程，并从SPDR（SPI数据寄存器）获取接收值

1. SPI.attachInterrupt();         

复制代码

来自master的值取自SPDR并存储在Slavereceived变量中。这发生在以下中断例程函数中。

1. ISR (SPI_STC_vect)
   
2. {
   
3.   Slavereceived = SPDR;                  
   
4.   received = true;                       
   
5. }

复制代码

3.接下来在void loop()函数中，我们根据Slavereceived值将从机arduino上的LED灯设置为ON或OFF。

1. if (Slavereceived==1)
   
2.    {
   
3.    digitalWrite(LEDpin,HIGH); //Sets pin 7 as HIGH LED ON
   
4.                                      Serial.println("Slave LED ON");
   
5.      }
   
6. else
   
7.       {
   
8.   digitalWrite(LEDpin,LOW);     //Sets pin 7 as LOW LED OFF
   
9.   Serial.println("Slave LED OFF");
   
10.       }

复制代码

接下来，我们读取从机Arduino按钮的状态，并将值存储在Slavesend中，通过给SPDR寄存器赋值将值发送给主机Arduino。

1.   buttonvalue = digitalRead(buttonpin);
   
2.   if (buttonvalue == HIGH)              
   
3.       {
   
4.         x=1;
   
5.       }
   
6. else
   
7.       {
   
8.        x=0;
   
9.       }
   
10.             Slavesend=x;                             
    
11.             SPDR = Slavesend;  

复制代码

注意：我们使用serial.println()在Arduino IDE的串行监视器中查看结果。

测试硬件

下面是两个Arduino开发板之间SPI通信的最终设置图。

按下主侧的按钮时，从机侧的白色LED变为ON。

当按下从属侧的按钮时，主侧的红色LED亮。

代码

以下是主机侧和从机侧Arduino开发板的完整代码： main.rar (1.28 KB, 下载次数: 151)

2018-12-20 17:00 上传

点击文件名下载附件

阳间一阴魂

有两个问题想请教以下，首先是通信所用库是自带的吗？第二是如果使用多个从机，主机上的SS接口是从10往下递减吗？谢谢

tzhxkd

阳间一阴魂 发表于 2019-12-7 01:16
有两个问题想请教以下，首先是通信所用库是自带的吗？第二是如果使用多个从机，主机上的SS接口是从10往下递 ...

得去下载添加到库文件里面就可以，不然编译不通过，ss端子是每个从机的片选，给那个通讯就拉低哪一个的ss端子吧，我看硬件就是这么接的