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SPI通信协议与应用
1.SPI通信协议概述
1.1什么是SPI
SPI（SerialPeripheralInterface，串行外设接口）是一种同步串行通信接口，常用于单片机与各种外设设备之间的通信。SPI协议通过一组简单的信号线实现全双工通信，支持高速数据传输，通常用于短距离、高速率的通信场景。
1.2SPI的工作原理
SPI协议使用四条主要的信号线：
MISO（MasterInSlaveOut）：从设备到主设备的数据线。
MOSI（MasterOutSlaveIn）：主设备到从设备的数据线。
SCLK（SerialClock）：时钟信号线，由主设备提供。
SS（SlaveSelect）：片选信号线，用于选择与哪个从设备通信。
SPI通信是基于主从模式的，主设备控制通信的时序和数据流，从设备则根据主设备的时钟信号进行数据的发送和接收。SPI通信中，数据在时钟的上升沿或下降沿被采样和发送，具体取决于硬件配置。
1.3SPI通信模式
SPI支持四种通信模式，这些模式由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定：
模式0：CPOL=0,CPHA=0
模式1：CPOL=0,CPHA=1
模式2：CPOL=1,CPHA=0
模式3：CPOL=1,CPHA=1
每种模式的时钟极性和相位决定了数据采样和发送的时序。例如，在模式0中，时钟空闲时为低电平，数据在时钟的上升沿采样。
2.TM4C123系列中的SPI模块
2.1SPI模块介绍
TM4C123系列单片机内置了多个SPI模块，每个模块都支持全双工通信和多种通信模式。这些模块通常用于与外部传感器、存储器、显示屏等设备进行高速数据传输。
2.2SPI模块的寄存器
SPI模块的主要寄存器包括：
SPIControlRegister(SPICR)：控制SPI模块的工作模式和状态。
SPIStatusRegister(SPIST)：反映SPI模块的当前状态。
SPIDataRegister(SPIDR)：用于数据的发送和接收。
SPIClockConfigurationRegister(SPICCR)：配置SPI时钟。
SPIPriorityRegister(SPIPR)：设置SPI模块的优先级。
2.3SPI模块的配置步骤
配置TM4C123系列单片机的SPI模块通常包括以下步骤：
使能SPI模块的时钟：通过系统控制寄存器（RCC）使能SPI模块的时钟。
配置SPI模式：设置CPOL和CPHA。
配置波特率：设置SPI时钟分频。
配置数据格式：选择数据的位数（8位或16位）。
配置片选信号：通过GPIO引脚控制SS信号。
初始化SPI模块：设置SPICR寄存器的相应位。
2.4SPI模块的中断配置
SPI模块支持中断模式，通过配置SPI中断寄存器（SPIIMR）和SPI中断状态寄存器（SPIRIS），可以实现数据接收和发送的中断处理。
3.SPI通信的应用实例
3.1与外部ADC通信
3.1.1应用场景
假设需要使用TM4C123单片机与一个外部ADC（如MCP3008）进行通信，采集外部模拟信号的数字值。
3.1.2硬件连接
MISO：连接到MCP3008的DOUT引脚。
MOSI：连接到MCP3008的DIN引脚。
SCLK：连接到MCP3008的CLK引脚。
SS：连接到MCP3008的CS引脚。
3.1.3代码实现
#includetm4c123gh6pm.h
//定义SPI引脚
#defineSPI_MISO_PINGPIO_PORTB_BASE
#defineSPI_MISO_PIN_NUMGPIO_PIN_4
#defineSPI_MOSI_PINGPIO_PORTB_BASE
#defineSPI_MOSI_PIN_NUMGPIO_PIN_5
#defineSPI_SCLK_PINGPIO_PORTB_BASE
#defineSPI_SCLK_PIN_NUMGPIO_PIN_6
#defineSPI_CS_PINGPIO_PORTB_BASE
#defineSPI_CS_PIN_NUMGPIO_PIN_7
//定义SPI模块
#defineSPI_MODULESPI0_BASE
voidSPI_Init(void){
//使能GPIO和SPI模块的时钟
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIP