ATtiny88初体验（六）：SPI

SPI介绍

ATtiny88自带SPI模块，可以实现数据的全双工三线同步传输。它支持主从两种模式，可以配置为LSB或者MSB优先传输，有7种可编程速率，支持从空闲模式唤醒。

注意：为了使用SPI模块，必须将 PRR 寄存器中的 PRSPI 位设置为0。

ATtiny88的SPI时钟频率不能超过 \(f_{OSC}/4\) ，双倍速率模式下不能超过 \(f_{OSC}/2\) 。

当SPI使能时，MOSI、MISO、SCK、SS引脚的方向会被覆盖，具体见下表：

根据SCK的极性和相位不同，SPI分为四种模式：

寄存器

• SPIE ：写入1使能SPI中断。
• SPE ：写入1使能SPI。
• DORD ：数据方向，写入1为LSB优先，写入0为MSB优先。
• MSTR ：主机/从机模式选择，写入1为主机模式，写入0为从机模式。
• CPOL ：时钟极性。
• CPHA ：时钟相位。
• SPR[1:0] ：SPI时钟速率选择。
  

• SPIF ：SPI中断标志，执行完中断后自动清除，或者通过先读 SPSR 寄存器，再访问 SPDR 寄存器清除。
• WCOL ：写冲突标志，在数据传输期间对 SPDR 寄存器进行写操作时置位，通过先读 SPSR 寄存器，再访问 SPDR 寄存器清除。
• SPI2X ：SPI速率加倍。在主机模式下，向此位写入1使SPI时钟速率加倍，最大速率为 \(f_{OSC}/2\) 。在从机模式下，最大速率还是只有 \(f_{OSC}/4\) 。

代码

下面的代码演示了使用ATtiny88的SPI模块与W25Q32 Flash模块进行通信，读取Flash的ID信息。源文件的组织结构如下：

.
├── Makefile
├── inc
│   ├── serial.h
│   └── serial_stdio.h
└── src
    ├── main.c
    ├── serial.c
    └── serial_stdio.c

src/main.c 源文件的代码如下：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <serial_stdio.h>

static void spi_setup(void);
static uint8_t spi_read_and_write(uint8_t data);
static void w25qxx_read_device_id(void *id, uint8_t n);
static void w25qxx_read_manufacturer_device_id(void *id, uint8_t n);
static void w25qxx_read_unique_id(void *id, uint8_t n);
static void w25qxx_read_jedec_id(void *id, uint8_t n);

int main(void)
{
    cli();
    stdio_setup();              // initialize stdio and redirect it to serial
    spi_setup();                // initialize spi module
    sei();

    printf("=================================\r\n");

    // read device id of spi flash
    uint8_t buf[8];
    w25qxx_read_device_id(buf, 1);
    printf("device id: 0x%02X.\r\n", buf[0]);

    // read manufacturer and device id of spi flash
    w25qxx_read_manufacturer_device_id(buf, 2);
    printf("manufacturer & device id: 0x%02X%02X.\r\n", buf[0], buf[1]);

    // read unique id of spi flash
    w25qxx_read_unique_id(buf, 8);
    printf("unique id: 0x");
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
        printf("%02X", buf[i]);
    }
    printf(".\r\n");

    // read jedec id of spi flash
    w25qxx_read_jedec_id(buf, 3);
    printf("jedec id: 0x%02X%02X%02X.\r\n", buf[0], buf[1], buf[2]);

    for (;;);
}

static void spi_setup(void)
{
    // initialize gpios
    // PB2 -> SS
    // PB3 -> MOSI
    // PB4 -> MISO
    // PB5 -> SCK
    DDRB |= _BV(DDB2) | _BV(DDB3) | _BV(DDB5);
    PORTB |= _BV(PORTB2) | _BV(PORTB3) | _BV(PORTB5);

    // enable spi, msb first, master mode, mode 3, prescaler = 64
    SPCR = _BV(SPE) | _BV(MSTR) | _BV(CPOL) | _BV(CPHA) | _BV(SPR1) | _BV(SPR0);
    SPSR = _BV(SPI2X);
}

static uint8_t spi_read_and_write(uint8_t data)
{
    SPDR = data;
    while (!(SPSR & _BV(SPIF)));
    return SPDR;
}

static void w25qxx_read_device_id(void *id, uint8_t n)
{
    if (n > 1) {
        n = 1;
    }

    PORTB &= ~_BV(PORTB2);
    spi_read_and_write(0xAB);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    while (n--) {
        *(uint8_t *)id++ = spi_read_and_write(0xFF);
    }
    PORTB |= _BV(PORTB2);
}

static void w25qxx_read_manufacturer_device_id(void *id, uint8_t n)
{
    if (n > 2) {
        n = 2;
    }

    PORTB &= ~_BV(PORTB2);
    spi_read_and_write(0x90);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0x00);
    while (n--) {
        *(uint8_t *)id++ = spi_read_and_write(0xFF);
    }
    PORTB |= _BV(PORTB2);
}

static void w25qxx_read_unique_id(void *id, uint8_t n)
{
    if (n > 8) {
        n = 8;
    }

    PORTB &= ~_BV(PORTB2);
    spi_read_and_write(0x4B);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    spi_read_and_write(0xFF);
    while (n--) {
        *(uint8_t *)id++ = spi_read_and_write(0xFF);
    }
    PORTB |= _BV(PORTB2);
}

static void w25qxx_read_jedec_id(void *id, uint8_t n)
{
    if (n > 3) {
        n = 3;
    }

    PORTB &= ~_BV(PORTB2);
    spi_read_and_write(0x9F);
    while (n--) {
        *(uint8_t *)id++ = spi_read_and_write(0xFF);
    }
    PORTB |= _BV(PORTB2);
}

编译并下载程序到ATtiny88，连接好串口，可以观察串口的输出如下：

参考资料

1. ATtiny88 Datasheet
2. Programming and Interfacing ATMEL's AVRs