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(多图) 基于单片机SPI器件的串口控制

现代电子技术 电子科技大学 祝红彬 李伟 刘子骥 蒋亚东?? 2010年03月22日 ?? 收藏0

  0 引 言

  串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)是一种高速同步串行输入/输出端口,近年来广泛应用于移位寄存器、D/A转换器、A/D转换器、串行E2PROM、LED显示驱动器等外部设备的扩展。SPI接口可以共享,便于组成带多个SPI接口器件的系统。其传送速率可编程,连接线少,具有良好的扩展性。

  1 SPI接口介绍

  SPI是摩托罗拉公司推出的一种同步串行通信接口,用于微处理器、微控制器和外围扩展芯片之间的串行连接,现已发展成为一种工业标准。目前,各半导体公司推出了大量的带有SPI接口的具有各种各样功能的芯片,如RAM,E2PROM,FLASH ROM,A/D转换器、D/A转换器、LED&LCD显示驱动器、I/0接口芯片、实时时钟、UART收发器等,为用户的外围扩展提供了极其灵活而价廉的选择。由于SPI总线接口只占用微处理器四个I/O口线,故采用SPI总线接口可以简化电路设计。节省很多常规电路中的接口器件和I/O口线,提高设计的可靠性。目前,已有部分厂家的单片机具有SPI接口,如Philips的P89LPC900,Atmel的Atmega128等,但是,大部分单片机不支持SPI接口。在实际应用中,出于产品体积、成本和可扩展性等方面的考虑,设计人员往往希望使用不具备SPI接口的单片机来控制具备SPI接口的外围器件。现以AT89C2051单片机模拟SPI总线操作串行AD7390为例,如图1所示,介绍利用单片机的I/O口通过软件模拟SPI总线的实现方法。

系统框图

  SPI使用的四条线是串行时钟线(SCK)、主机输入从机输出线(MISO)、主机输出从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(CS)。这样,仅需3~4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O器件。

  SPI 总线具有以下特点:

  (1)因连线较少,可简化电路设计。并行总线扩展方法通常需要8根数据线、8~16根地址线、2~3根控制线。而SPI总线设计,仅需4根数据线和控制线即可完成并行扩展所实现的功能。

  (2)器件统一编址,并与系统地址无关,操作SPI独立性好。

  (3)器件操作遵循统一的规范.使系统软硬件具有良好的通用性。

  2 AD7390的基本结构和工作原理

  AD7390是ADl公司生产的12位分辨率电压输出数/模转换器。该DAC为用户提供低成本、高精度的可控电压解决方案,使用单电源+3V系统供电。器件保证电源电压为2.7~5.5V时消耗不到100mA的电流,所以该器件适用于一些对功效要求高的设备,比如电池供电系统。输出电压取决于外部参考输入电压。DACOUT输出介于REFIN与地之间的任意值,其内部框图如图2所示。

内部框图

  内部双缓冲串行数据接口提供高速转换,微控制器通过三线SPI控制器件、串行数据(SDI)、时钟(CLK)和使能(LD)引脚。此外,使用CLR输入可以对输出清零。操作时序如图3所示。

操作时序

  3 AD7390的串口控制

  电脑通过RS 232向MCU发送控制信号,再由MCU控制AD7390,完成整个设置过程。通过串口控制AD7390的软件流程如图4所示。一旦有数据写入单片机,则单片机将重新设置AD7390。

通过串口控制AD7390的软件流程

  单片机程序分为三大模块,分别是SPI控制模块、串口接收模块和操作信息反馈模块。


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