一个完整的单片机系统，通常包括键盘输入、显示输出、打印输出、数据采集等许多功能模块。这些功能模块一般是通过I/O端口实现与单片机的数据交换，但是单片机的I/O端口有限，且一般用来处理数字信号，从而产生了总线式传输模式。
现在大多数单片机都是传统的三总线结构，即地址，数据，控制三总线。由于方便控制，三总线得到广泛的应用。但是作为并行总线，它也有一定的局限性。不适合远距离的传输。与I/O口的数目存在矛盾。随着电子技术的进步，发展出很多新的总线接口，如USB、I2C、CAN、SPI、1-Wire等。这些总线的特点都是串行接口，只需要几根甚至一根线就可以实现数据的传输。本文通过对支持SPI总线的AD器件MAX189性能分析，简要介绍了SPI总线在单片机系统中如何应用，并利用其制作一款简易的电压表。
一、SPI总线简介
SPI(Serial Peripheral Interface)是MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式。因其硬件功能强大而被广泛应用。在单片机组成的智能仪器和测控系统中。如果对速度要求不高，采用SPI总线模式是个不错的选择。它可以节省I/O端口，提高外设的数目和系统的性能。标准SPI总线由四根线组成：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MISO)。主机输出/从机输入线(MOSI)和片选信号(CS)。有的SPI接口芯片带有中断信号线或没有MOSI。图1给出了SPI的典型时序图。
SPI主要性能如下：
全双工，三线同步传输1.05Mbit/s的最大主机位速率四种可编程主机位速率可编程串行时钟极性与相位发送结束中断标志写冲突保护总线竞争保护
二、MAX189芯片
MAX189是美国美信公司设计的一种12位串行A/D转换器。其内部集成了大带宽跟踪/保持电路和串行接口。转换速率高，功耗低，精度高。并且有SPI、Microwire和TMS320兼容的4线串行接口，与微处理器接口。只需要很少的口线，很节约资源。
MAX189的特点:
三线高速串行接口，12位分辨率8.5 us逐次逼近型ADC单一5V工作电压，工作电流1.5mA。关断电流2uA0-5v模拟输入电压范围使用片外时钟源外置参考电压内部跟踪/保持电路，75ksps采样速率1/2LSB整体非线性度
MAX189的时序如图2，表1给出了MAX189引脚功能。
PIN名称功能说明1VCC电源输入，+5V(±5%)2AIN模拟电压输入端，0-REF。3/SHDN三电平关闭输入端，低电平关断4REF用于模拟信号的基准电压端，使用外部基准源时用作输入5GND模拟和数字地6DOUT串行数据输出端，数据在sclk的下降沿输出7/CS片选，低电平有效8SCLK串行时钟输入端(最大5MHz)
该简易电压表电路采用不带SPI接口的AT89C2051单片机，其指令系统与51系列完全兼容。可以通过软件模拟SPI时序，包括串行时钟。数据输入和输出。来实现对A/D器件MAX189的操作。所测电压经过单片机的处理，采用三个七段数码管显示。采用SN74LS164扩展I/O口。MAX189的2脚为待测模拟电压输入端。图3是简易电压表的原理图，其中A为数码管显示电路，B为A/D转换部分电路。
MAX189可以工作在两种模式下。即普通状态和关断状态。如果将SHDN置低电平。器件处于美断状态，电流小于10 uA。当把SHDN置高电平或悬空。器件就可以被操作。此时，CS在时钟下降沿启动转换.在时钟SCLK的每一个上升沿把一个最高位为“1”的控制宇节的各位送入输入移位寄存器.并启动串行时钟.开始将输入电压值逐次逼近转换。它用输入跟踪/保持(T/H)和12位逐次逼近寄存器(SAR)构成的电路系统将模拟信号转换成12位数宇信号输出。T/H电路不需要外部保持电容。输出数据按照高位在前.低位在后的顺序。在12个SCLK的每一个下降沿决定逐次逼近的各位并将数据送到Dout端。每一位转换结束后Dout由低电平变为高电平。(转换过程中不能对SCLK操作)按照时序要求。每输入一个(移位)脉冲。下降沿取出一位数据。单片机读取并做处理。读出12位数据后，可以开始下一次转换。
AT89C2051的串行端口处于模式0。数据的发送和接收都是通过RXD引脚(这里只用来发送数据).TXD则负责送出移位脉冲。其数据位由LSB开始发送/接收8个位。波特率固定为fosc/12。SN74LS164负责接收串行口发送的数据。在传输8个位后。其将数据并行送出驱动数码管.显示所测电压值。
该电压表小巧，方便，精度高。程序运行比较稳定。误差在0.01V数量级。(感谢在设计过程中司佑全老师的给予的悉心指导)
源程序
该程序的作用是是该电路能测量0-5V的电压.并用数码管实时显示。
;占用p1.5,p1.6,p1.7作为模拟SPI时序与MAX189连接。
sclk equ P1.5;定义缓冲区
cs equ p1.6;
dout equ p1.7;
buf equ 50h;
org 0000h
ajmp begin
begin:
acall init;初始化片内资源
acall load_data;初始化缓冲区
acall adc_init;对AD的操作
acall con;数据处理子程序
acall display;显示子程序
acall load_data
ajmp begin
init:mov 36h,#00000000b;加载初值,取高8位数据
mov 37h,#00000000b
mov r1,#8
mov r3,柏
mov scon,#00h
mov ie,#82h
setb ti
ret
adc_init:acall init_ad;AD的控制
acall wait
acall read_ad
ret
init_ad: ;启动AD转换
setb cs
clr cs
ret
wait: ;等待AD转换的结束
jnb dout,wait;
ret
fasong:jnb ti,$;发送数据
clr ti
mov sbuf,a
ret
read_ad:
Ioop1:
setb sclk
clr sclk
mov C,dout
mov A,36H;
rlc A
mov 36H,A
djnz r1,loop1;读高8位,存放在36h
loop11:
setb sclk
clr sclk
mov C,dout
mov a,37H;
RLC a
MOV 37H,a
DJNZ R3,loopll;
mov a,36h
setb cs
ret
load_data:mov buf,0fch;扫描显示器,显示数据
mov buf+1,#0fch
mov buf+2,#0h
mov buf+3,#0h
ret
con:mov B,#5
p AB
mov B,#10
p AB
mov DPTR,#table1
movc A,@A+DPTR
mov buf+1,A
mov A,B
mov DPTR,#TABLE
movc A,@A+DPTR
mov buf,A
ret
display:mov r0,#buf;显示
lop:mov a,@r0
acall sent
inc r0
cjne r0,#buf+8,lop
acall delay
ret
sent:jnb li,$发送数据
clr ti
mov sbuf,a
ret
delay:mov r7,#230;
d1:mov r6,#13O
d2:djnz r6,d2
djnz r7,d1
ret
table1:db 0fdh,61h,0dbh,0f3h,067h
db 0b7h,0bfh,0e1h,0ffh,0e7h;带小数点的八段显示数据(0--9)
table1:
db 0fch;0
db 060h;1
db 0dah;2
db 0f2h;3
db 066h;4
db 0b6h;5
db 0beh;6
db 0e0h;7
db 0feh;8
db 0f6h;9 ;不带小数点的八段显示数据
end