SPI總線在51單片機(jī)系統(tǒng)中的實現(xiàn)

1、.一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)，通常包括鍵盤輸入、顯示輸出、打印輸出、數(shù)據(jù)采集等許多功能模塊。這些功能模塊一般是通過I/O端口實現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換，但是單片機(jī)的I/O端口有限，且一般用來處理數(shù)字信號，從而產(chǎn)生了總線式傳輸模式。 現(xiàn)在大多數(shù)單片機(jī)都是傳統(tǒng)的三總線結(jié)構(gòu)，即地址，數(shù)據(jù)，控制三總線。由于方便控制，三總線得到廣泛的應(yīng)用。但是作為并行總線，它也有一定的局限性。不適合遠(yuǎn)距離的傳輸。與I/O口的數(shù)目存在矛盾。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展出很多新的總線接口，如USB、I2C、CAN、SPI、1-Wire等。這些總線的特點都是串行接口，只需要幾根甚至一根線就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。本文通過對支持SPI總線的AD

2、器件MAX189性能分析，簡要介紹了SPI總線在單片機(jī)系統(tǒng)中如何應(yīng)用，并利用其制作一款簡易的電壓表。 一、SPI總線簡介 SPI(Serial Peripheral Interface)是MOTOROLA公司提出的同步串行總線方式。因其硬件功能強(qiáng)大而被廣泛應(yīng)用。在單片機(jī)組成的智能儀器和測控系統(tǒng)中。如果對速度要求不高，采用SPI總線模式是個不錯的選擇。它可以節(jié)省I/O端口，提高外設(shè)的數(shù)目和系統(tǒng)的性能。標(biāo)準(zhǔn)SPI總線由四根線組成：串行時鐘線(SCK)、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出線(MISO)。主機(jī)輸出/從機(jī)輸入線(MOSI)和片選信號(CS)。有的SPI接口芯片帶有中斷信號線或沒有MOSI。圖1給出了SP

3、I的典型時序圖。SPI主要性能如下： 全雙工，三線同步傳輸 1.05Mbit/s的最大主機(jī)位速率 四種可編程主機(jī)位速率 可編程串行時鐘極性與相位 發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志 寫沖突保護(hù) 總線競爭保護(hù) 二、MAX189芯片 MAX189是美國美信公司設(shè)計的一種12位串行A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部集成了大帶寬跟蹤/保持電路和串行接口。轉(zhuǎn)換速率高，功耗低，精度高。并且有SPI、Microwire和TMS320兼容的4線串行接口，與微處理器接口。只需要很少的口線，很節(jié)約資源。 MAX189的特點: 三線高速串行接口，12位分辨率 8.5 us逐次逼近型ADC 單一5V工作電壓，工作電流1.5mA。關(guān)斷電流2uA 0-

4、5v模擬輸入電壓范圍 使用片外時鐘源 外置參考電壓 內(nèi)部跟蹤/保持電路，75ksps采樣速率 1/2LSB整體非線性度 MAX189的時序如圖2，表1給出了MAX189引腳功能。PIN 名稱 功能說明 1 VCC 電源輸入，+5V(±5%) 2 AIN 模擬電壓輸入端，0-REF。 3 /SHDN 三電平關(guān)閉輸入端，低電平關(guān)斷 4 REF 用于模擬信號的基準(zhǔn)電壓端，使用外部基準(zhǔn)源時用作輸入 5 GND 模擬和數(shù)字地 6 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端，數(shù)據(jù)在sclk的下降沿輸出 7 /CS 片選，低電平有效 8 SCLK 串行時鐘輸入端(最大5MHz) 該簡易電壓表電路采用不帶SPI接口的

5、AT89C2051單片機(jī)，其指令系統(tǒng)與51系列完全兼容?？梢酝ㄟ^軟件模擬SPI時序，包括串行時鐘。數(shù)據(jù)輸入和輸出。來實現(xiàn)對A/D器件MAX189的操作。所測電壓經(jīng)過單片機(jī)的處理，采用三個七段數(shù)碼管顯示。采用SN74LS164擴(kuò)展I/O口。MAX189的2腳為待測模擬電壓輸入端。圖3是簡易電壓表的原理圖，其中A為數(shù)碼管顯示電路，B為A/D轉(zhuǎn)換部分電路。 MAX189可以工作在兩種模式下。即普通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。如果將SHDN置低電平。器件處于美斷狀態(tài)，電流小于10 uA。當(dāng)把SHDN置高電平或懸空。器件就可以被操作。此時，CS在時鐘下降沿啟動轉(zhuǎn)換.在時鐘SCLK的每一個上升沿把一個最高位為“1”的

6、控制宇節(jié)的各位送入輸入移位寄存器.并啟動串行時鐘.開始將輸入電壓值逐次逼近轉(zhuǎn)換。它用輸入跟蹤/保持(T/H)和12位逐次逼近寄存器(SAR)構(gòu)成的電路系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)宇信號輸出。T/H電路不需要外部保持電容。輸出數(shù)據(jù)按照高位在前.低位在后的順序。在12個SCLK的每一個下降沿決定逐次逼近的各位并將數(shù)據(jù)送到Dout端。每一位轉(zhuǎn)換結(jié)束后Dout由低電平變?yōu)楦唠娖健?轉(zhuǎn)換過程中不能對SCLK操作)按照時序要求。每輸入一個(移位)脈沖。下降沿取出一位數(shù)據(jù)。單片機(jī)讀取并做處理。讀出12位數(shù)據(jù)后，可以開始下一次轉(zhuǎn)換。 AT89C2051的串行端口處于模式0。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是通過RXD引腳(

7、這里只用來發(fā)送數(shù)據(jù)).TXD則負(fù)責(zé)送出移位脈沖。其數(shù)據(jù)位由LSB開始發(fā)送/接收8個位。波特率固定為fosc/12。SN74LS164負(fù)責(zé)接收串行口發(fā)送的數(shù)據(jù)。在傳輸8個位后。其將數(shù)據(jù)并行送出驅(qū)動數(shù)碼管.顯示所測電壓值。 該電壓表小巧，方便，精度高。程序運行比較穩(wěn)定。誤差在0.01V數(shù)量級。(感謝在設(shè)計過程中司佑全老師的給予的悉心指導(dǎo)) 源程序 該程序的作用是是該電路能測量0-5V的電壓.并用數(shù)碼管實時顯示。 ;占用p1.5,p1.6,p1.7作為模擬SPI時序與MAX189連接。 sclk equ P1.5;定義緩沖區(qū) cs equ p1.6; dout equ p1.7; buf equ 5

8、0h; org 0000h ajmp begin begin: acall init;初始化片內(nèi)資源 acall load_data;初始化緩沖區(qū) acall adc_init;對AD的操作 acall con;數(shù)據(jù)處理子程序 acall display;顯示子程序 acall load_data ajmp begin init:mov 36h,#00000000b;加載初值,取高8位數(shù)據(jù) mov 37h,#00000000b mov r1,#8 mov r3,柏 mov scon,#00h mov ie,#82h setb ti ret adc_init:acall init_ad;AD的控

9、制 acall wait acall read_ad ret init_ad: ;啟動AD轉(zhuǎn)換 setb cs clr cs ret wait: ;等待AD轉(zhuǎn)換的結(jié)束 jnb dout,wait; ret fasong:jnb ti,$;發(fā)送數(shù)據(jù) clr ti mov sbuf,a ret read_ad: Ioop1: setb sclk clr sclk mov C,dout mov A,36H; rlc A mov 36H,A djnz r1,loop1;讀高8位,存放在36h loop11: setb sclk clr sclk mov C,dout mov a,37H; RLC a

10、MOV 37H,a DJNZ R3,loopll; mov a,36h setb cs ret load_data:mov buf,0fch;掃描顯示器,顯示數(shù)據(jù) mov buf+1,#0fch mov buf+2,#0h mov buf+3,#0h ret con:mov B,#5 div AB mov B,#10 div AB mov DPTR,#table1 movc A,A+DPTR mov buf+1,A mov A,B mov DPTR,#TABLE movc A,A+DPTR mov buf,A ret display:mov r0,#buf;顯示 lop:mov a,r0 acall sent inc r0 cjne r0,#buf+8,lop acall delay ret sent:jnb li,$發(fā)送數(shù)據(jù) clr ti mov sbuf,a ret delay:mov r7,#230; d1:mov r6,#13O d2:djnz r6,d2 djnz r7,d1 ret table1:db 0fdh,61h,0dbh,0f3h,067h db 0