ARM與TLV5637的模擬SPI接口的應用設計
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引 言
SPI(Serial Peripheral InteRFace)是Motorola公司推出的一種同步串行外圍接口。該接口由于協(xié)議實現(xiàn)簡單，傳輸速度快等優(yōu)點，已被廣泛應用于EEPROM、 Flash、實時時鐘、A／D轉(zhuǎn)換器以及D／A轉(zhuǎn)換器等芯片的讀寫。本文根據(jù)實際工程中的應用需求，用ARM芯片LPC2378的GPIO來模擬SPI接口，以實現(xiàn)對外圍SPI接口器件的操作。其中，D／A轉(zhuǎn)換是系統(tǒng)中的一個功能單元，利用GPIO模擬SPI接口的思想和方法，實現(xiàn)對串行D／A芯片 TLV5367的訪問，以滿足工程要求。
1 SPI串口通信格式
SPI接口協(xié)議要求接口設備按主一從方式進行配置，總線上可以連接多個可作為主機的控制器、具備SPI接口的輸入／輸出設備，但同一時間內(nèi)總線上只能允許一個設備充當主機。通常，SPI接口包括4種信號：
- MISO串行數(shù)據(jù)輸入，也稱主入從出。
- MOSI 串行數(shù)據(jù)輸出，也稱主出從入。
- SCK 串行時鐘，由主機提供給從機。
- SS 從機片選信號。
在時鐘SCK的作用下，SPI主機發(fā)送寄存器的內(nèi)容順序移位輸出給SPI從機。同時，SPI從機也將其數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容移位輸出給主機。圖1為其工作原理示意圖。
2 基于ARM的SPI接口模擬
LPC2378是Philips公司生產(chǎn)的ARM7系列芯片。該芯片是一款支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16／32位 ARM7TDMI-S微控制器，具有三級流水線指令處理結(jié)構(gòu)。LPC2378具有5個32位的GPIO端口。對GPIO口的控制可以通過操作以下GPIO 寄存器來實現(xiàn)：
- FIODIR 快速GPIO端口方向控制寄存器；
- FIOMASK 快速GPIO端口屏蔽寄存器；
- FIOPIN 快速GPIO端口狀態(tài)寄存器；
- FIOSET 快速GPIO端口置位寄存器；
- FIOCLR 快速GPIO端口清零寄存器。
通常，SPI接口的串行時鐘SCK按時序可以分為兩種：在SCK上升沿采樣數(shù)據(jù)和在SCK的下降沿采樣數(shù)據(jù)。由于SPI接口定義的靈活性，導致了各個廠商生產(chǎn)的具有SPI接口的芯片在工作時序上不一致。為了提高程序的通用性，用條件編譯的方法來設置。同時為了增強程序的規(guī)整性，作如下設定：P2．0輸出 SS從機使能信號；P2．1輸出SCK時鐘信號；P2．2對應MISO信號；P2．3對應MOSI信號。圖2所示為GPIO模擬SPI接口發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)的程序流程。發(fā)送數(shù)據(jù)前需將從機使能信號設置為有效，而且一直保持到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。由于是在SCK上升沿數(shù)據(jù)有效，因此在發(fā)送每個數(shù)據(jù)位前需將SCK設為低電平，然后根據(jù)數(shù)據(jù)最高位來設定MOSI端口的輸出電平，最后再將SCK設置為高電平。SPI從機設備便在SCK的上升沿處對MOSI信號線采樣，從而讀取該數(shù)據(jù)位電平。在SCK下降沿采樣數(shù)據(jù)，只需將SCK設置高低電平的次序互換即可。
發(fā)送數(shù)據(jù)的實現(xiàn)代碼如下：
GPIO模擬SPI接口接收數(shù)據(jù)的流程和發(fā)送的不同之處在于讀取MISO信號而非設置MOSI電平。限于篇幅，對其不予贅述。接收數(shù)據(jù)的實現(xiàn)代碼如下：
上述的發(fā)送和接收代碼只是基本的實現(xiàn)，對于不同的SPI器件需要在每次操作后加入不同的延時以滿足該器件信號建立和保持的時序要求。此外，根據(jù)不同的SCK時序要求，只需設置宏變量SCK_RingEdge即可。
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