Armega128. Последовательный периферийный интерфейс - SPI

Последовательный периферийный интерфейс - SPI

Интерфейс SPI позволяет организовать последовательную синхронную высокоскоростную передачу данных между ATmega128 и другим периферийным устройством или между несколькими AVR-микроконтроллерами.

Отличительные особенности интерфейса SPI в ATmega128:

• Полнодуплексная, трехпроводная синхронная передача данных
• Ведущая или подчиненная работа
• Передача первым младшего или старшего бита
• Семь программируемых скоростей связи
• Флаг прерывания для индикации окончания передачи данных
• Защитный флаг при повторной записи
• Пробуждение из режима холостого хода (Idle)
• Режим ведущего (мастера) SPI с удвоением скорости (CK/2)

Рисунок 75. Функциональная схема интерфейса SPI

Прим.: Расположение выводов интерфейса SPI представлено на рис. 1 и в таблице 30.

Внешние соединения между ведущим (мастером) и подчиненным ЦПУ через интерфейс SPI показаны на рисунке 76. Система состоит из двух сдвиговых регистров и генератора ведущей синхронизации. Ведущий SPI инициирует сеанс связи подачей низкого уровня на вход SS того подчиненного устройства, с которым необходимо обмениваться данными. Оба респондента (ведущий и подчиненный) подготавливают данные к передаче в своем сдвиговом регистре, при этом на стороне ведущего генерируются также импульсы синхронизации на линии SCK. По линии MOSI всегда осуществляется передача данных от ведущего к подчиненному, а по MISO, наоборот, от подчиненного к мастеру. По окончании передачи каждого пакета данных ведущий SPI должен засинхронизировать подчиненный путем подачи высокого уровня на линию SS (выбор подчиненного интерфейса).

Если SPI настроен как ведущий (мастер), то управление линией SS происходит не автоматически. Данная операция должна быть выполнена программно перед началом сеанса связи. После этого, запись в регистр данных SPI инициирует генерацию синхронизации и аппаратный сдвиг 8-ми разрядов в подчиненное устройство. По окончании сдвига одного байта генератор синхронизации SPI останавливается, при этом устанавливая флаг окончания передачи (SPIF). Если установлен бит SPIE в регистре SPCR, то разрешается прерывание SPI и по окончании передачи байта будет генерирован запрос на прерывание. Мастер может продолжить сдвигать следующий байт, если записать его в регистр SPDR, или подать сигнал окончания пакета путем установки низкого уровня на линии SS. Последний принятый байт сохраняется в буферном регистре. В режиме подчиненного, интерфейс SPI находится в состоянии ожидания, в котором MISO переводится в третье состояние, до тех пор, пока на выводе SS присутствует высокий уровень. В этом состоянии программа может обновлять содержимое регистра данных SPI (SPDR), но при этом входящие импульсы синхронизации не сдвигают данные до подачи низкого уровня на вывод SS. После того как один байт был полностью сдвинут, устанавливается флаг окончания передачи SPIF. Если установлен бит разрешения прерывания SPI (SPIE) в регистре SPCR, то установка флага SPIF приводит к генерации запроса на прерывание. Подчиненный может продолжать размещать новые данные для передачи в регистр SPDR перед чтением входящих данных. Последний принятый байт хранится в буферном регистре.

Рисунок 76. Внешнее соединение ведущего (мастера) и подчиненного SPI

В направлении передачи данных система выполнена как однобуферная, а в направлении приема используется двойная буферизация. Это означает, что передаваемые байты не могут быть записаны в регистр данных SPI, прежде чем полностью завершится цикл сдвига. Во время приема данных необходимо следить, чтобы принятая посылка была считана из регистра данных SPI, прежде чем завершится цикл входящего сдвига новой посылки. В противном случае первый байт будет потерян.

В подчиненном режиме SPI управляющая логика осуществляет выборку входящего сигнала SCK. Чтобы гарантировать корректность выборки тактового сигнала необходимо использовать частоту синхронизации SPI не более fosc/4.

Если работа SPI разрешена, то разрешается альтернативное направление выводов MOSI, MISO, SCK и SS (см. табл. 69).

Таблица 69. Направление выводов SPI(1)

Прим.1: См. "Альтернативные функции порта B", где подробно описано как установить направление на выводах порта SPI.

В следующих примерах показаны инициализация SPI как мастера и организация простой передачи данных. В данных примерах DDR_SPI должен быть заменен на имя фактического регистра направления данных, управляющий выводами интерфейса SPI (для ATmega128 DDRB). DD_MOSI, DD_MISO и DD_SCK также должны быть заменены на имена соответствующих бит регистров направления данных, связанных с этими выводами. Например, если MOSI размещен на выв. PB5, то DD_MOSI необходимо заменить на DDB5, а DDR_SPI на DDRB.

SPI_MasterInit:
; Установка MOSI и SCK на вывод, все остальные на ввод
ldi r17,(1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK)out DDR_SPI,r17
; Разрешение SPI в режиме мастера, установка скорости связи fck/16
ldi r17,(1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0)
out SPCR,r17
ret
SPI_MasterTransmit:
; Запуск передачи данных (r16)
out SPDR,r16
Wait_Transmit:
; Ожидание завершения передачи данных
sbis SPSR,SPIF
rjmp Wait_Transmit
ret
	

void SPI_MasterInit(void)
{
/* Установка MOSI и SCK на вывод, все остальные на ввод */
DDR_SPI = (1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK);
/* Разрешение SPI в режиме мастера, установка скорости связи fck/16 
*/SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0);
}
void SPI_MasterTransmit(char cData)
{
/* Запуск передачи данных */
SPDR = cData;
/* Ожидание завершения передачи данных */
while(!(SPSR & (1<<SPIF)))
;
}
	

Прим.1: В примерах предполагается, что подключен файл специфических заголовков.

В следующем примере показано как инициализировать SPI как подчиненного и как выполнить простой прием данных.

SPI_SlaveInit:
; Установка MISO на вывод и всех ост. на ввод
ldi r17,(1<<DD_MISO)
out DDR_SPI,r17
; Разрешение SPI
ldi r17,(1<<SPE)
out SPCR,r17
ret
SPI_SlaveReceive:
; Ожидание завершения передачи
sbis SPSR,SPIF
rjmp SPI_SlaveReceive
; Чтение принятых данных и выход из процедуры
in r16,SPDR
ret

void SPI_SlaveInit(void)
{
/* Установка MISO на вывод и всех ост. на ввод */
DDR_SPI = (1<<DD_MISO);
/* Разрешение SPI */
SPCR = (1<<SPE);
}
char SPI_SlaveReceive(void)
{
/* Ожидание завершения передачи */
while(!(SPSR & (1<<SPIF)));
/* Чтение принятых данных и выход из процедуры */
return SPDR;
}

Прим.1: В примерах предполагается, что подключен файл специфических заголовков.