SPI( Serial Peripheral Interface) 總線是Motorola公司提出的一個同步串行外設接口, 允許MCU與各種外圍器件以串行方式進行通信、數據交換。SPI可以同時發出和接收串行數據, 它只需4條線就可以完成MCU與各種外圍器件的通信。一般使用的4條線為：串行時鐘線SCK、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MOSI和低電平有效的從機選擇線SSEL。這些外圍器件可以是簡單的TTL移位寄存器、復雜的LCD顯示驅動器、Flash、RAM、A/D轉換器、網絡控制器及其他MCU等^[1]。
本文給出了一種基于SPI總線的LPC2103控制外圍LED顯示的設計方法。利用74HC595驅動靜態共陽LED數碼管，使用串轉并的方式實現I/O口的擴展。
1 LPC2103中的SPI功能特性
LPC2103是一個基于支持實時仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，內部具有2個完全獨立的SPI控制器，采用全雙工的數據通信方式，最大數據位速率為外設時鐘Fpclk的1/8。與SPI總線接口有關的專用寄存器有：(1)SPCR控制寄存器。該寄存器包含一些可編程位來控制SPI總線的功能，而且在數據傳輸之前進行設定，主要有時鐘相位控制、時鐘極性控制、主從模式選擇、字節傳輸移動方向及SPI中斷使能；(2)SPSR狀態寄存器(為只讀寄存器)。用于監視SPI功能模塊的狀態，包括一般性功能和異常情況。主要用途是檢測數據傳輸是否完成，通過判斷SPIF位來實現，其他位用于指示異常情況；(3)SPDR數據寄存器。為SPI提供數據的發送和接收，處于主模式時，向該寄存器寫入數據，將啟動SPI數據傳輸。串行數據的發送和接收通過內部移位寄存器來實現；(4)SPCCR時鐘計數器寄存器。用于設置SPI時鐘分頻值，SPI處于主模式時，該寄存器用于控制時鐘速率，即SPI總線速率，寄存器值為1位SCK時鐘所占用的PCLK周期數，并且值為偶數，必須不小于8；(5)SPINT中斷標志寄存器。包含了SPI的中斷標志位，由數據傳輸完成及發生模式錯誤來引發^[2]。
1.1 SPI電氣連接
利用SPI總線可在軟件的控制下構成各種系統，如1個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構成多主機系統(分布式系統)、1個主MCU和1個或幾個從I/O設備所構成的各種系統等。在大多數應用場合, 可使用1個MCU 作為主機來控制數據，并向1個或幾個從外圍器件傳送該數據。從器件只有在主機發命令時才能接收或發送數據。同一時刻只允許有1個主機操作總線。在數據傳輸過程中，總線上只能有1個主機和1個從機通信。在一次數據傳輸中，主機總是向從機發送1個字節數據，而從機也總是向主機發送1個字節數據^[3]。圖1為SPI在主模式下控制2個SPI從機的硬件連接圖。

1.2 SPI數據傳輸
在SPI數據傳輸中，SPCR控制寄存器的CPHA和CPOL位作用非常關鍵。CPHA為時鐘相位控制，該位決定SPI傳輸時數據和時鐘的關系，并控制從機傳輸的起始和結束，該位為1，時鐘前沿數據輸出，后沿數據采樣；為0，時鐘前沿數據采樣，后沿數據輸出。CPOL為時鐘極性控制，為1時，SCK為低電平有效；為0時，SCK為高電平有效^[4]。