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2ua

　　0-5v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

　　1 vcc 电源输入，+5v(±5%)

　　2 ain 模拟电压输入端，0-ref。

　　3 /shdn 三电平关闭输入端，低电平关断

　　4 ref 用于模拟信号的基准电压端，使用外部基准源时用作输入

　　5 gnd 模拟和数字地

　　6 dout 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

　　8 sclk 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