串行外设接口教学课件PPT.ppt

1,SCI串行通信接口,SCIA/SCIB,电平转换芯片,数据和握手信号,RS232/485,标准串行总线接口,2,F2812串行外设接口Serial Peripheral Interface（SPI）,DSP原理及其应用技术,6.1 SPI模块概述,6.2 SPI的工作原理,6.3 通过SPI接口扩展外设,6.4 软件编程举例,3,6.1 SPI模块概述,SPI与SCI有什么区别？,通常用于DSP与扩展外设以及其它处理器间进行通信，如显示驱动器、ADC、DAC、EPROM、RTC以及主从模式的多处理器应用等。,F2812包含一个SPI接口，支持16级的接受和传输FIFO。,串行外设接口（SPI）是一种同步串行输入/输出接口，传输速率较高（LSPCLK/4），适于板级通信。串行通信接口（SCI）是一种异步串行接口，通常需经过收发器进行电平转换，通信速率较低，适于长距离通信。,SPI适于那些应用场合？,4,SPI与XINTF,SPI与XINTF有什么区别？,串行外设接口（SPI）是一种同步串行输入/输出接口传输速率最高可达37.5Mbps信号线少（24条）适于板级扩展的外设输入/输出接口适于板级微处理器间通信。外部扩展接口（XINTF）是一种并行输入/输出接口传输速率较很高，可达75M16=1200Mbps信号线多（DB16、AB19、CB11）限用于板级扩展外设的输入/输出接口。,5,SPI模块的特点与信号,数据长度：116位可编程,4个外部引脚,波特率：126种可编程,两种工作方式：主/从工作方式,4种时钟模式：由极性和相位控制,可同时进行发送和接收操作,接口方式：中断或查询,12个寄存器,6,SPI模块寄存器概述,共12个寄存器,FIFO寄存器,双缓冲结构,7,6.2 SPI的工作原理,SPI的引脚SPICLK为整个串行通信网络提供时钟；通过SPIBRR寄存器设定通信网络的数据传输速率；数据从SPISIMO输出，并锁存从SPISOMI输入的数据；/SPISTE通常作为片选信号，数据传输过程置低电平，传输完成后置高.,SPI有主/从两种工作模式,由Master/Slave位(SPICTL.2)选择.,主模式：Master/Slave1,发送数据：写数据到SPIDAT或SPITXBUF，启动SPISIMO引脚上的数据发送，首先发送最高有效位（MSB）（与SCI有所不同）。,接收数据：当指定数量的数据位已经通过SPIDAT移位后，SPIDAT中的数据发送到SPIRXBUF中，且SPI INF FLAG置1。,8,6.2 SPI的工作原理,从模式下，SPICLK时钟由主控制器提供，并决定了传输速率。,从模式：Master/Slave0,数据从SPISIMO引脚输入，从SPISOMI引脚输出。,当TALK位清零，数据发送被禁止，输出引脚（SPISOMI）处于高阻状态。若发送期间清零TALK位，SPI要继续完成当前的字符传输，以保证SPI设备正确接受数据。TALK位允许在一个网络上连接多个从SPI设备，但同一时刻只能有一个从设备允许驱动SPISOMI。这点与多机通信的RS485接口相似。,/SPISTE通常作为从设备的片选信号，数据传输过程置低电平，传输完成后置高.,TALK位(SPICTL.D1),9,SPI的典型接口,主从式微处理器间的SPI连接,主控制器通过SPICLK信号来启动数据传输；,通常在一个时钟的边沿发送数据，而在时钟的另一个边沿接收数据；,两个微处理器能够同时发送和接收数据或一侧接收一侧发送。,主处理器,从处理器,10,SPI的中断,SPI中断控制和状态位：,超时中断使能位（SPICTL.4）：1使能中断，0禁止中断接受超时中断标志位（SPISTS.7）：新的字符接受完成后，前一个字符还未读取，则置位中断标志。该标志位必须由软件清除。,提示：SPISTS.7和SPISTS.6共享一个中断向量SPIRXINT。,SPI中断使能位（SPICTL.0）：1使能中断，0禁止中断 当中断使能置位，且满足中断条件时，产生相应的中断。SPI中断标志位（SPISTS.6）：只读，由硬件设置。指示SPI接收器中已经存放字符可以被读取或已完成指定长度的数据发送。该位置位时已接收数据送入SPIRXBUF，当DSP读SPIRXBUF中的数据后自动清除中断标志。,11,数据格式,SPICCR.3SPICCR.0确定了字符的位数（116）；当数据写入SPIDAT和SPITXBUF寄存器时必须左对齐；当数据从SPIRXBUF读取时，必须是右对齐；SPIRXBUF中包含最新接收的字符，以及上次接收且已移位到左边的位。,例1：发送数据长度为1，SPIDAT当前值为737BH，数据格式见下图。,7,3,7,B,12,波特率设置,波特率的计算方法：1）当SPIBRR3127时：SPI波特率LSPCLK/（SPIBRR1）2）当SPIBRR0、1、2时：SPI波特率LSPCLK/4,主模式下，SPICLK引脚为通信网络提供时钟，时钟频率LSPCLK/4。从模式下，SPICLK引脚接收外部时钟信号，时钟频率 LSPCLK/4。,例2：假定LSPCLK75MHz，试确定SPI的波特率范围。SPI波特率最大值：LSPCLK/418.75MHz SPI波特率最小值：LSPCLK/1280.586MHz,SCI的波特率范围？,LSPCLK/(265536)8,13,SPI的时钟模式,SPI支持4中不同的时钟模式：时钟极性选择位（SPICCR.6）选择时钟上升或下降沿有效；时钟相位选择位（SPICTL.3）选择是否有半个周期的时钟延迟。,SPI时钟控制方式选择,14,SPI的时钟模式波形,00,01,10,11,数据长度:8位,T,R,15,数据传输举例,给出的例子中SPI数据长度为8位，F2812的数据长度为16位；在主控制器将数据写入SPIDAT来启动传输前，从控制器必须处于使能状态，且将待发数据写入SPIDAT；当读取SPIRXBUF中数据时，自动清除中断标志位；只有一次完整的发送结束，SPIDAT中的数据才送入SPIRXBUF中；本例中设定字符长度为5位，共主/从控制器间共进行两个字符的传送。,数据传输过程说明：,16,数据传输举例,D0H,A、从控制器将D0H写入到SPIDAT，等待主控制器移出数据；,B、主控制器将从控制器的/SPISTE引脚拉低；,C、主控制器将58H写入SPIDAT来启动发送过程；,D、第一个字节发送完成，置中断标志；,E、从控制器从它的SPIRXBUF中读取0BH，清除中断标志；,F、从控制器将4CH写入SPIDAT中等待主控制器移出数据；,G、主控制器将6CH写入SPIDAT中来启动发送过程；,H、主控制器从SPIRXBUF中读取1AH，清中断标志；,I、第二个字节发送完成，置中断标志；,J、主从控制器分别从各自的SPIRXBUF中读取89H和8DH；,K、主控制器将从控制器的/SPISTE引脚置高电平。,58H,4CH,6CH,字符长度5位,从SPI,主SPI,17,MAX5253的主要特点：四个12-bit电压输出DACs单3.0-3.6V电源供电(0.82mA)典型建立时间12sSPI兼容串行外设接口时钟频率可达10MHz/CL、/PDL、UPO引脚,6.3 通过SPI接口扩展外设,串行数据格式,F2812与MAX5253间的SPI接口,DSP,18,多个SPI外设的扩展方法,菊花链式,共享总线式,16个SPICLK,16个SPICLK,16个SPICLK,19,DSP与MAX5253的接口电路,VOUTx=3.0VNB/4096,MAX5253配置为单极性输出方式,20,MAX5253的编程命令,MAX5253的编程命令,方法1,方法2,21,MAX5253接口时序,数据传送过程，/CS必须保持低电平；提示：SPICTL中的TALK位控制/SPISTE引脚电平；若TALK1，使能发送，且移位过程/SPISTE保持低电平。,MAX5253的时序图（仅输入部分）,每个数据位在SCLK的上升沿采样并送入DAC的移位寄存器；,数据在/CS的上升沿被锁存到MAX5253的输入或DAC寄存器；,/CS保持高电平的脉冲宽度必须大于100ns，即两次发送的时间间隔要大于100ns；,MAX5253的最高时钟频率10MHz。,22,MAX6629SPI接口的数字温度传感器,MAX6629与F28的接口电路,23,MAX6629的接口时序和数据格式,MAX6629的接口时序图,/CS上升沿启动转换，高电平必须保持300ms以便完成转换；,/CS下降沿停止转换，并将转换结果锁存到移位寄存器，此时可以读取转换结果；,转换结果为16位（D0、D1未定义）：D15位符号位 D14D3为数据 D2位验证位,24,采用XINTF扩展的DAC接口,DB:14,AB:3,CB:4,PQFP-44,SSOP-20,AD7835,MAX5253,XINFT:21,25,6.4 软件编程与实例,当系统复位后，SPI外设模块配置为如下的缺省状态：1）配置为从模式（Master/Slave0）；2）禁止发送功能（TALK0）；3）在SPICLK信号的下降沿输入的数据被锁存（00）；4）字符长度为1位；5）禁止SPI中断；6）SPIDAT中的数据复位为0000H；7）SPI模块引脚 被配置为通用输入。,本节针对实验系统中通过SPI接口扩展的MAX5253芯片，介绍软件SPI的初始化和软件编程。,26,SPI的配置和操作,为配置SPI模块，应完成以下操作：1）清零SPI SW RESET位（SPICCR.7），软件复位SPI；2）设置SPI寄存器，如数据格式、波特率、工作与时钟模 式、引脚功能;3）置位SPI SW RESET位，使SPI退出复位状态，进入工 作状态；4）写数据到SPIDAT或SPITXBUF，（主模式下就启动通信过程）；5）数据传输结束后（SPISTS.61），读取SPIRXBUF中 的数据。,提示：通信过程不要改变SPI的设置，以免产生不期望的事件.,27,SPI的初始化,void InitSpi(void)EALLOW;GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0 x000F;/SPI引脚配置为外设模式 EDIS;SpiaRegs.SPICCR.all=0 x0F;/软件复位，上升沿输出，字符长度16位 SpiaRegs.SPICTL.all=0 x0F;/时钟延迟半个周期，主模式，发送与中断使能 SpiaRegs.SPIBRR=0 x07;/波特率150/4/8=4.69MHz SpiaRegs.SPICCR.all=0 x8F;/退出复位状态，准备接收、发送字符 PieCtrl.PIEIER6.bit.INTx1=1;/使能SPI接收中断 PieCtrl.PIEIER6.bit.INTx2=1;/使能SPI发送中断，（仅用于FIFO模式）IER|=M_INT6;/使能PIE组6中断 ClearSPI0=0 x01;/*ClearSPI=(volatile unsigned int*)0 x80006;,28,状态查询,unsigned int Spi_TxReady(void)unsigned int i;if(SpiaRegs.SPISTS.bit.BUFFULL_FLAG=1)i=0;else i=1;return(i);,unsigned int Spi_RxReady(void)unsigned int i;if(SpiaRegs.SPISTS.bit.INT_FLAG=1)i=1;else i=0;return(i);,当一个字符写入SPITXBUF时，该位置位。当字符全部位装入串行移位寄存器SPIDAT中后，该位被清除。,当整个字符移入或移出SPIDAT寄存器，该位置位，已接收的数据送SPIRXBUF。如果SPI中断使能，会引起一个外设中断。响应中断或读取SPIRXBUF会复位该位。,29,MAX5253测试程序,void main(void)InitSysCtrl();/初始化系统，使能SPI时钟DINT;IER=0 x0000;IFR=0 x0000;InitPieCtrl();/初始化PIE控制寄存器 InitPieVectTable();/初始化PIE参数表 InitSpi();EINT;/spi initialization;for(;)if(Spi_TxReady()=1)SpiaRegs.SPITXBUF=0 x1400;delay_loop();if(Spi_TxReady()=1)SpiaRegs.SPITXBUF=0 x5800;delay_loop();if(Spi_TxReady()=1)SpiaRegs.SPITXBUF=0 x9C00;delay_loop();if(Spi_TxReady()=1)SpiaRegs.SPITXBUF=0 xDFFF;delay_loop();if(Spi_TxReady()=1)SpiaRegs.SPITXBUF=0 x4000;delay_loop();,查询方式实现四通道DAC固定电压输出.,30,应用DAC芯片产生周期性波形,以产生锯齿波为例：通过定时器中断或软件延迟，使DAC的模拟输出线性递增，在一个波形周期后复位为零，重新开始下一个周期。,通过软件编程可以使DAC产生任意波形、幅度和频率的信号，如三角波、方波、锯齿波、三角函数及其它任意函数。如y(t)=2COS（200t)SIN(100t）。,T,t,T=nt,31,改变周期性波形的频率和幅值,如何改变幅值？,如何改变波形周期?,1）改变定时器时间间隔,2）改变每个周期合成波形的数字量数目,MAX5253的数字量范围：04095，输出模拟电压03V,将每一时刻的数字量乘,一个比例系数或直接改变前后时刻的数字增量。,正弦波形的产生,软件产生正弦波的方法主要有两种:1)直接使用SIN函数-double sin(double x)需要在头文件中include“math.h”,并且需要注意SIN函数的自变量应该是DOUBLE型的变量。2)使用查表方法:查表方法的计算量小，占用CPU的时间少。,实验中12位DAC的数字量范围为04095，因此一个正弦波周期最多包含4096个点。,实验中DAC芯片的输出电压范围为03V，因此输出的周期波形存在直流偏置。,33,思考题,与SCI接口相比，SPI接口有何特点？与外部扩展接口（XINF）相比，SPI接口有何特点？采用DAC芯片和微处理器产生周期信号波形的方法也称作直接数字合成（DDS），与采用振荡器产生的波形（如文氏电桥正弦波振荡器）相比，DDS方法有何优缺点？,