Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

Рис. 4.78.Блок-схемы алгоритмов программного обслуживания контроллера асинхронного обмена SPI

Микроконтроллер и периферийные интегральные схемы. Одна из основных функций интерфейса SPI в микропроцессорных системах — обмен данными между МК и установленными на той же печатной плате интерфейсными ИС. Контроллер SPI в составе МК 68HC12 может быть инициализирован для работы как в режиме ведущего (мастера), так и в режиме ведомого (подчиненного). В процессе обмена с интерфейса SPI — дополнительная функция линий PS7..PS4 порта S. Сигналы SPI распределяются между линиями PS7..PS4 в следующем порядке:

• PS7 — сигнал . Когда линия установлена в 0, происходит передача данных из ведущего устройства SPI;

• PS6 — сигнал SCK;

• PS5 — сигнал MOSI. По этой линии передаются данные от ведущего устройства к ведомому;

• PS4 — сигнал MISO. По этой линии передаются данные от ведомого устройства к ведущему.

Регистры управления, используемый в примере. Ниже перечислены биты и регистры управления, которые используются в данном примере:

• DDRS — регистр направления передачи порта S. Разряды DDRS7…DDRS4 должны быть установлены соответствующим образом при работе контроллера SPI в режиме ведущего. Это необходимо для правильного формирования сигналов обмена на линиях порта S;

• SP0BR — регистр скорости передачи. Разряды SPR2…SPR0 этого регистра задают скорость обмена по шине SPI;

• SP0CR1 — регистр управления (первый). Задает режимы работы контроллера SPI;

• SP0CR2 — регистр управления (второй). Задает режимы работы контроллера SPI;

• SP0SR — регистр состояния. Отражает текущее состояние процесса передачи информации по шине SPI;

• SP0DR — регистр данных. В этот регистр записываются данные, подлежащие передаче в интерфейсную ИС.

Пример программирования контроллера SPI. В нашем примере мы будем использовать встроенный контроллер SPI в режиме ведущего. Контролер будет непрерывно посылать шестнадцатеричное число $F0 в «воображаемую» периферийную ИС. Работоспособность приведенного программного кода может быть проверена с помощью осциллографа. При желании Вы можете собрать простейшую периферийную ИС — последовательный регистр со светодиодами, подключенными к параллельным выходам (рис. 4.79). В примере не использованы прерывания, контроль за состоянием флага SPIF ведется методом полинга.

Рис. 4.79.Функциональная схема периферийного устройства для тестирования обмена по SPI

/*--------------------------------------------------------------------*/

/* filename: SPI.c */

/* МAIN PROGRAМ: Эта программа реализует непрерывную посылку кода */

/* символа "S" с скоростью 9600 бод в 8-разрядном формате (кадр 10 бит)*/

/* с битом паритета */

/*--------------------------------------------------------------------*/

/*подключаемые файлы*/

#include <912b32.h>

#include

/*используемые функции*/

void initialize_spi(void);

void send_data(unsigned int);

void main(void) {

int i, j;

unsigned int data;

initialize_spi(); /*инициализация модуля SCI*/

data = 0xF0;

while(1) /*передавать данные непрерывно*/

{

send_data(data);

}

}

/* Функция initialize_spi производит инициализацию модуля SPI. */

void initialize_spi(void) {

SP0BR = 0х04; /*установить скорость обмена*/

SP0CR1 = 0x18; /*запретить прерывания от SPI, назначить режим*/

/*ведущего, старшим битом вперед*/

SP0DR = 0x00; /*очистить регистр данных */

SP0SR = 0x00; /*очистить регистр состояния*/

SP0CR1 = 0x58; /* разрешить SPI */

}

/* Функция send_data производит инициализацию модуля SPI. */

void send_data(unsigned int data) {

unsigned int status;

SP0DR = data; /*задать число для пересылки*/

while ((SP0SR & 0x80) == 0x00) /*ожидать флага завершения передачи*/

{

;

}

status = SP0SR /*прочитать регистр состояния с целью сброса флага SPIF*/

}

В приведенном примере мы показали лишь технику программирования обмена для контроллера SPI, однако мы не останавливались на особенностях подчиненного устройства, с которым происходит обмен.

Интерфейс SPI обычно используется для расширения функциональных возможностей однокристального МК. Многие производители полупроводниковых компонентов выпускают периферийные интегральные схемы с интерфейсом SPI. По функциональному назначению эти схемы принадлежат к следующим группам устройств:

• Память типа EEPROM или FLASH;

• Дополнительные порты ввода/вывода;

• Часы реального времени;

• АЦП высокого разрешения (число разрядов преобразования превышает 8 бит);

• Драйверы светодиодных и жидкокристаллических дисплеев;

• Многоканальные ЦАП;

• Схемы фазовой автоподстройки частоты.

Встраиваемые микропроцессорные системы на основе МК семейства 68HC12 часто предназначаются для управления реальными промышленными объектами, в которых входные сигналы имеют аналоговую природу. Это сигналы различных датчиков: тока, напряжения, температуры, давления, ускорения, освещенности, загрязненности воздуха и т.д. Управляя каким либо технологическим агрегатом, МК должен обработать выходные сигналы этих датчиков, рассчитать по их значениям требуемые управляющие воздействия и сформировать необходимые управляющие сигналы для исполнительных устройств. Однако МК по своей сути является цифровым устройством, он способен преобразовывать данные только в цифровом виде. Поэтому для взаимодействия с аналоговыми датчиками микропроцессорная система должна быть оснащена аналого-цифровым преобразователем, который позволит представить аналоговые сигналы в виде цифровых кодов.

Процесс преобразования изменяющегося во времени аналогового сигнала в последовательность цифровых кодов предполагает выборку (запоминание) величины измеряемого аналогового сигнала через равноотстоящие во времени интервалы с последующим преобразованием каждого такого отсчета в цифровой код (рис. 4.80).

Рис. 4.80.Временная диаграмма, поясняющая процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Для представления некоторого изменяющего во времени аналогового сигнала в цифровом коде необходимо: