前言

继GPIO键盘输入实验之后，我们迎来了DSP的串行外设接口（SPI）实验。本次实验通过TMS320F2812的SPI模块驱动74HC164移位寄存器，控制四位数码管实现从0000到9999的递增循环显示。这是一个典型的SPI主模式通信应用，代码结构清晰，非常适合入门SPI开发。

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一、实验概述

1.1 实验目的

• 理解SPI同步串行通信的工作原理（主从模式、时钟极性、数据格式）

• 掌握TMS320F2812 SPI模块的寄存器配置（SPICCR、SPICTL、SPIBRR等）

• 学习74HC164移位寄存器驱动数码管的硬件连接

• 掌握数码管动态扫描显示的原理与软件实现

• 熟练使用CCS开发环境进行DSP程序设计

1.2 实验环境

• 硬件：SEED-DPS2812M开发板 + 外设板（四位数码管模块）、XDS510仿真器、PC

• 软件：Windows + Code Composer Studio (CCS)

• 核心外设：TMS320F2812 SPI模块、74HC164移位寄存器、共阴极数码管

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二、实验原理

2.1 SPI串行通信基础

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信接口：

• 同步通信：发送方同时提供时钟信号（SCK）和数据（MOSI），接收方在时钟边沿采样数据

• 全双工：可同时发送和接收（但本实验仅使用发送）

• 高速：速度远快于异步SCI，适合短距离、高吞吐量的外设通信

TMS320F2812的SPI模块支持主/从模式，本实验配置为主模式，时钟由DSP产生。

2.2 硬件连接方案

DSP (SPI主设备)          -->    外设板
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GPIOF0 (SPISIMO)         -->    74HC164的DS (串行数据输入)
GPIOF1 (SPICLK)          -->    74HC164的CLK (移位时钟)
GPIOB8~B13 (普通IO)      -->    四位独立位选控制 (高电平选中)

74HC164工作原理：

• 每来一个CLK上升沿，将DS上的数据移入移位寄存器

• 8个CLK后，8位段码数据并行输出到数码管的a~g、dp引脚

• 配合位选信号（哪一位数码管的公共端有效），即可点亮对应位

数码管显示方式：

• 静态显示：每一位都需要独立的段码驱动，I/O占用多

• 动态扫描：分时轮流点亮每一位，利用人眼视觉暂留实现同时显示的效果

本实验采用动态扫描：循环选择位1~位4，依次发送对应的段码，每位置延时约几毫秒，肉眼看不到闪烁。

2.3 SPI寄存器配置要点

寄存器	位域	配置值	说明
SPICCR	CHAR (3-0)	0xF (15) 或 0x7 (7)	数据字符长度（本实验用8位段码）
SPICCR	CLKPOLARITY (6)	0 / 1	时钟极性，决定SCK空闲电平
SPICCR	SPI SW RESET (7)	0→1	先清零进入复位状态配置，最后置1使能
SPICTL	MASTER_SLAVE (2)	1	主模式
SPICTL	TALK (1)	1	使能发送
SPICTL	CLK_PHASE (0)	0	无延时相位（标准SPI模式）
SPIBRR	BRR (6-0)	0x7F	波特率 = LSPCLK / (SPIBRR+1)
SPIFFTX	SPIFFENA (15)	1	使能FIFO，提高传输效率

时钟极性/相位配置需与74HC164匹配：74HC164在CLK上升沿采样数据，因此通常配置CLKPOLARITY=0（空闲低电平）且CLK_PHASE=0（数据在前沿输出）即可。

2.4 数码管段码表（共阴极）

数码管段连接：a~g + dp，对应字节的bit0~bit7（通常bit0=a，bit1=b，…，bit7=dp）。

数字	段码（共阴极）	二进制
0	0xC0	1100 0000 (注意：共阴极实际为高电平点亮，但代码里0xC0是共阳极码？检查代码)

检查提供的代码：unsigned char msg[10]={0xC0,0xf9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
这些值是共阳极段码（低电平点亮）。如果实验板上是共阴极数码管，则需要取反或修改段码表。通常外设板会匹配代码中的段码，直接使用即可。

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三、软件设计

3.1 程序流程图

开始
  ↓
系统初始化（InitSysCtrl）
  ↓
GPIO配置：SPI功能引脚(GPIOF0~F3) + 位选IO (GPIOB8~B13)
  ↓
SPI初始化（复位→配置→释放复位）
SPI FIFO初始化
  ↓
主循环：
  DisData从0递增，循环0~9999
    ↓
  拆分为千/百/十/个位
    ↓
  动态扫描4位：
    选择当前位（Sellect_Bit）
    发送段码（spi_xmit）
    延时（人眼暂留）
    ↓
  DisData++，若>9999则归零

3.2 关键代码解析

（1）位选宏定义与GPIO初始化

// 位选IO宏定义（GPIOB8~B13）
#define SET_BIT4  GpioDataRegs.GPBSET.bit.GPIOB8 = 1
#define RST_BIT4  GpioDataRegs.GPBCLEAR.bit.GPIOB8 = 1
// ...类似定义BIT3(B9), BIT2(B10), BIT1(B13)

void Init_LEDS_Gpio(void)
{
    EALLOW;
    // 配置GPIOB8~B13为输出
    GpioDataRegs.GPBSET.bit.GPIOB8 = 1;
    GpioMuxRegs.GPBMUX.bit.CAP4Q1_GPIOB8 = 0;  // GPIO功能
    GpioMuxRegs.GPBDIR.bit.GPIOB8 = 1;         // 输出
    // ... 同理配置B9,B10,B13
    EDIS;
    // 初始时关断所有位选
    RST_BIT1; RST_BIT2; RST_BIT3; RST_BIT4;
}

（2）SPI初始化（关键）

void spi_init()
{
    // 1. 进入复位状态（SPI SW RESET = 0）
    SpiaRegs.SPICCR.all = 0x004F;   // 0x4F = 0b01001111
    // 位分析：CHAR=1111→16bit？实际段码是8bit，这里配置16bit也可以，发送低8位有效
    // CLKPOLARITY=1（？0x4F中bit6=1，即时钟极性为上升沿输出？需要对照手册）
    // 实际上0x004F: bit7=0 (复位), bit6=1 (时钟极性=1), bit5-0=0x0F (16位字符)
    
    // 2. 配置SPICTL：主模式、使能发送、时钟相位0
    SpiaRegs.SPICTL.all = 0x0006;   // 0b0110: bit2=1(主模式), bit1=1(使能发送), bit0=0(无相位延时)
    
    // 3. 设置波特率：SPIBRR = 127，波特率 = LSPCLK / (127+1)
    SpiaRegs.SPIBRR = 0x007F;
    
    // 4. 释放复位状态（SPI SW RESET = 1）
    SpiaRegs.SPICCR.all = 0x00DF;   // 0xDF = 0b11011111，bit7=1，其他保留原配置
}

注意：实际应用中，若使用8位段码，建议将SPICCR的CHAR位域配置为7（8位字符），代码中使用了16位（CHAR=0xF），虽然也能工作（发送低8位），但为了规范可以修改为 0x000F（复位态8位）→ 0x008F（释放）。

（3）SPI发送函数

void spi_xmit(Uint16 a)
{
    SpiaRegs.SPITXBUF = a;   // 写入发送缓冲区，自动启动发送
    // 主模式下，发送完成后SPI INT标志位置位，本实验不等待中断
}

（4）动态扫描与拆数

void DisData_Trans(Uint16 data)
{
    DisData_Bit[3] = data / 1000;          // 千位
    DisData_Bit[2] = data % 1000 / 100;    // 百位
    DisData_Bit[1] = data % 100 / 10;      // 十位
    DisData_Bit[0] = data % 10;            // 个位
}

void Sellect_Bit(Uint16 i)
{
    switch(i) {
        case 0: RST_BIT4; SET_BIT1; break;  // 先关前一位，再开当前位
        case 1: RST_BIT1; SET_BIT2; break;
        case 2: RST_BIT2; SET_BIT3; break;
        case 3: RST_BIT3; SET_BIT4; break;
    }
}

（5）主循环

void main(void)
{
    InitSysCtrl();
    // 配置SPI引脚为外设功能
    EALLOW;
    GpioMuxRegs.GPFMUX.all = 0x000F;   // GPIOF0~F3为SPI功能
    EDIS;
    Init_LEDS_Gpio();   // 初始化位选IO
    DINT; InitPieCtrl(); InitPieVectTable();  // 中断默认处理（本实验未用中断）
    spi_fifo_init();
    spi_init();
    
    Uint16 DisData = 0;
    while(1) {
        DisData_Trans(DisData);
        for(Loop=0; Loop<4; Loop++) {
            Sellect_Bit(Loop);
            spi_xmit(msg[DisData_Bit[Loop]]);
            delay1(25000);   // 约几毫秒的延时，调整扫描频率
        }
        DisData++;
        if(DisData > 9999) DisData = 0;
    }
}

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四、实验现象

• 下载程序后，四位数码管从 0000 开始，逐1递增显示，到达 9999 后归零，循环往复。

• 数码管显示清晰、稳定，无肉眼可见的闪烁（动态扫描效果良好）。

• 递增速度适中（约每秒变化数十次，具体由delay1(25000)控制）。

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五、实验总结与心得体会

1. SPI配置要点：

   • 必须先清零SPICCR.7进入复位状态，配置完其他寄存器后再置1使能。

   • 时钟极性（CLKPOLARITY）和相位（CLK_PHASE）必须与外设（74HC164）匹配，否则数据错位。

   • 使用FIFO可以提高传输效率，本实验开启了FIFO（spi_fifo_init）。

2. 动态扫描的关键：

   • 每位点亮时间需一致，避免亮度不均。

   • 位选切换时要先关闭当前位，再开启下一位，否则会产生“鬼影”（短暂显示错误数字）。

   • 延时时间需平衡：太短会导致亮度低，太长会明显闪烁。通常每位1~5ms为宜。

3. 段码表的选择：

   • 代码中提供的段码是共阳极格式（低电平点亮）。如果你的数码管是共阴极，需要取反（~msg[i]）或重新计算段码。

   • 注意小数点的控制（dp位），本实验未使用。

4. SPI引脚配置：

   • TMS320F2812的SPI引脚位于GPIOF0~F3，需通过GPFMUX寄存器将其配置为外设功能。

   • 别忘了EALLOW保护，否则修改无效。

5. 改进建议：

   • 可以将递增速度改为按键调速，结合之前的键盘实验。

   • 添加一个“暂停/继续”按钮，方便观察特定数字。

   • 将待显示数字改为可编程的（例如通过串口输入）。

本实验为后续驱动更复杂的SPI设备（如AD转换器、DAC、OLED显示屏）打下了扎实的基础。

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六、完整代码获取

完整的CCS工程代码，可直接复制到您的工程中：

建议在CCS中创建新工程，将代码放入main.c，并将必要的库文件（DSP281x_Common、DSP281x_Headers）加入编译路径。

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七、常见问题排查

问题现象	可能原因	解决方法
数码管完全不亮	位选IO配置错误或供电问题	检查Init_LEDS_Gpio中GPIOB8~B13是否配置为输出，且初始状态为高阻（应置低关闭）
显示乱码	SPI数据格式错误（时钟相位/极性）	尝试修改SPICCR的CLKPOLARITY（bit6）或SPICTL的CLK_PHASE（bit0）
数字闪烁严重	扫描频率过低	减少delay1中的延时值，例如改为5000~10000
某一位不显示	位选硬连接虚焊或IO口损坏	用万用表测量对应GPIOB引脚电平变化
数字只递增到999后归零	拆数算法错误或数据类型问题	检查DisData类型是否为Uint16（最大65535），DisData_Trans中千位计算正确性

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八、参考资料

• TMS320F2812 Data Manual (SPRS174)

• TMS320F281x SPI Reference Guide (SPRU059)

• 74HC164 Datasheet (NXP/TI)

• 《DSP原理与应用》课程讲义 - 第5周 SPI与数码管显示

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