SPI
se dvěma mikroprocesory AT89C2051
- Drobný
úvod
Komunikační rozhraní SPI (Serial Peripheral
Interface) je velmi rozšířené jednosměrné nebo obousměrné
komunikační rozhraní pro připojení celé řady periferních
obvodů k mikroprocesoru. Ve své podstatě jde o synchronní
jednosměrné (dvouvodičové) nebo obousměrné
(třívodičové) rozhraní, které bývá ještě navíc
vybaveno třetím (čtvrtým) vodičem pro výběr periferního
obvodu (CE - Chip Enable). V současnosti se s pomocí SPI mohou
k mikroprocesoru připojit sériové paměti (RAM, EEPROM),
zobrazovače (jak LCD tak LEDkové), ovladače krokových
motorů, generátory pulsně šířkové modulace (PWM) apod. Pro
svou „jednoduchost" je velmi oblíbené a často
používané. V praxi existuje několik variant SPI, princip
přenosu dat je v podstatě stejný. Na rozdíl od paralelního
přenosu dat se zde používá jen jeden vodič pro přenos dat a
druhý pro potvrzení platnosti těchto dat na straně výstupu.
Znamená to, že tento přenos se musí uskutečnit bit po bitu
sériově. Zásadní vlastností tohoto přenosu je také
skutečnost, že vysílací strana nikdy nečeká, zda
přijímací strana všechna data bezchybně přijala. To musí
být řešeno většinou volbou vhodného pře-nosového
protokolu. V praxi se občas vyskytne potřeba přenášet data
mezi dvěma nebo i více mikroprocesory a klasické sériové
rozhraní je již obsazené, případně přenos přes toto
rozhraní může být pomalý. Uvedený příspěvek řeší tuto
problematiku programovými prostředky na obou stranách
(vysílací a přijímací).
Technické řešení
Elektrické zapojení konkrétního obousměrného SPI je
uvedeno na obr. 1. Za zmínku snad stojí upřesnění
„překřížení" datových bitů DOUT a DIN na vysílací
a přijímací straně (oba mikroprocesory jsou ve své podstatě
zdroji signálu) a spíš jen upozornění že signály CLK a CE
jsou na přijímací straně vstupními signály.
 obr. 1. Elektrické schéma zapojení pro
SPI se dvěma procesory 2051
|
|
- Význam jednotlivých vodičů je, z hlediska
vysílací strany, následující:
- DOUT - výstupní datový vodič
obsahuje v určitých časových okamžicích
platná vysílaná data (jeden bit).
- DIN - vstupní datový vodič
zase obsahuje platná přijímaná data (jeden
bit).
- CLK - potvrzovací vodič
definuje svou nástupní nebo sestupnou hranou
platnost dat (bitu) na datovém vodiči pro
vysílaná data a současně vyzývá druhou
komunikační stranu na vložení dat na
příjmové straně (platného bitu).
- CE (CS) -
Výběr obvodu slouží pro aktivaci periferního
obvodu, zvláště při připojení více
periferních obvodů.
|
Komentář funkce obou úseků programů
Vysílací programová rutina (IO_SPIV)
není nikterak složitá a je možné ji zařadit
kamkoliv do programu. Na prvním řádku je výzva k přenosu dat
(signál CE jde do „L"), další tři řádky pouze
uschovají obsah používaných registrů. Smyčka IO_SPV2: ...
DJNZ... provede malé zpoždění, které objasníme později.
Vlastní vysílání a příjem dat provádí rutina IO_SPIV1 ...
DJNZ ..., která se provede 8x pro vyslání (a příjem) celého
bytu. V této smyčce se vyšle bit z registru Cy, potvrdí se
jeho platnost (CLK jde na „L") a po čtyřech NOPech se
zase nastaví CLK na „H". Hned další příkaz přečte
přijímaný bit do Cy. Běžná rotace přes akumulátor
zajistí současně vysílání i příjem všech osmi bitů. Po
ukončení smyčky vysílání dat se přijatý byte z registru A
uloží do příjmového registru, vrátí se uschovaná data a
ukončí se výběr periferního obvodu signálem CE do úrovně
„H".
Přijímací programová rutina (IO_SPIP)
musí pracovat pod přerušením (v tomto případě
IEX1) a v době příjmu nesmí být přerušena jiným zdrojem
přerušením. Je to dáno tím, že tato sek-vence příkazů
musí stihnout příjem a vysílání bite ve stejném taktu, jak
jej bude taktovat signál CLK z vysílací strany. Po přijmu
přerušení (sestupná hrana signálu IEX1) se musí program co
nej-rychleji dostat do rutiny obsluhy SPI, zakázat veškerá
přerušení, uložit obsahy používaných regist-rů,
připravit první bite z vysílaného byte PA_DOUT přes registr
A a Cy na výstupní port a nastavit smyčku pro příjem 8
bitů. Příkaz s návěštím A: JB IO_CLK,$ zajišťuje
čekání na sestupnou hranu signálu CLK. Je to totiž okamžik,
kdy vysílací strana nastavila platný bit na vodiči PA_DIN
(pro vysílací stranu PA_DOUT). Příkaz s návěštím B: CPL
P1.6 není výkonný, ale velmi dobře nám poslouží pro
ladění celého přenosu. Ten totiž způsobí změnu stavu na
zvoleném portu a tím také určuje, že vyslaný bite byl
přijat. Další příkazy již provedou čtení platného bitu a
přes rotaci s akumulátorem vymění další bit na vysílacím
portu. Po ukončení smyčky příjmu dat se uloží přijatý
byte z A do příjmového registru, obnoví se používané
registry a povolí se přerušení. Posledním příkazem rutiny
musí být příkaz RETI jako návrat z přerušovací rutiny.
- A nyní k čekací smyčce ve vysílací rutině.
- Na přiložených obrázcích jsou vidět
časové průbě-hy sejmuté logickým analyzátorem.
Čtyři signály linky SPI jsou popsány výše, signál
ICLK je sejmut právě z pinu P1.6, kdy každý průběh
příkazem s návěštím B: CPL P1.6 provede změnu
stavu pinu a proto každá hrana tohoto impulsu označuje
načtení jednoho bitu. Na obr.2. je vidět, že po
příchodu sestupné hrany signálu CE a příliš brzy
započatém vysílání dat (signál CLK) nestíhá
přijímací strana první bity (v tomto případě
dokonce 2 bity) přečíst. Je to dáno tím, že
činnost na straně příjmu je velmi časově
náročná. Obr. 3. již ukazuje, že pokud signál CLK
(a tím i vysílání dat) vhodně zpozdíme, stihne se
přijímací strana na tento příjem včas přichystat.
Obr. 2. současně ukazuje, že vysílaná data mají
hodnotu 055H a přijímaná dat hodnotu 0AAH. Časové
hodnoty přenosu dat jsou odvozeny od krystalu o
kmitočtu 11,0592MHz. Doba zpoždění od signálu CE po
počátek vysílání signálu CLK je cca 35 us a
celková doba přenosu jednoho byte je 145 us.
obr.2. Časový průběh situace, kdy přijímací strana
"nestihne" signál CLK
obr.3. Časový průběh pro vysílaní byte 055H a příjem
byte 0AAH
Je tu i prostor pro experimenty.
Především na straně příjmu, kde lze jednak zvýšit
kmitočet krystalu a tím lze samozřejmě zkrátit kritickou
dobu zpoždění mezi signály CE a CLK a také po odladění
konkrétního přenosu SPI je možné odstranění příkazu s
návěštím B: CPL P1.6 a pak i na vysílací straně postupným
odebíráním NOPů (nejméně jednoho za již zmíněný
příkaz). Další možnou změnou je „vytknutí" signálu
CE před vysílací rutinu. Pak je možné vlastní rutinu volat
vícekrát a tím získat 16-ti bitový přenos a ve vzniklém
přenosovém „protokolu" určit např. první byt je
příkazový (command) a druhý jsou data.
Vysílací strana
; vystupni signaly
IO_DOUT BIT P1.0 ;data vysilam
IO_CE BIT P1.1 ;CE
IO_CLK BIT P3.7 ;hodiny
; vstupni signaly
IO_DIN BIT P1.2 ;data ctu
; pametove promenne
PA_DOUT DATA 030H ;vysilajici data
PA_DIN DATA 031H ;prijimana data
;#####################################################
; SPI vysilaci cast
;#####################################################
IO_SPIV:
CLR IO_CE ;vyber obvodu
PUSH ACC ;uklid registru
PUSH B
MOV B,#6 ;musime pockat
IO_SPV2:
NOP ;pro stranu prijmu
DJNZ B,IO_SPV2
MOV B,#8 ;8 bitu
MOV A,PA_DOUT ;data pro vysilani
RLC A ;do CY
IO_SPV1:
MOV IO_DOUT,C ;jeden bit ven
CLR IO_CLK ;data plati po sestupne hrane
NOP ;casovani
NOP
NOP
NOP
SETB IO_CLK ;cteme data po nastupni hrane
MOV C,IO_DIN ;cteme bit
RLC A ;rotujeme
DJNZ B,IO_SPV1 ;opakujeme 8x
MOV PA_DIN,A ;ulozime nactena data
POP B ;vratime registry
POP ACC
SETB IO_CE ;konec prenosu
RET
;#####################################################
Přijímací strana
; vstupni signaly
IO_DIN BIT P1.0 ;data ctu
IO_CE BIT P3.2 ;CE - INT1 (nebo INT0)
IO_CLK BIT P3.7 ;hodiny
; vystupni signaly
IO_DOUT BIT P1.2 ;data vysilam
; pametove promenne
PA_DOUT DATA 030H ;vysilajici data
PA_DIN DATA 031H ;prijimana data
;=====================================================
; INTERUPT adresa pro IRQ externi interupt IEX1
;*****************************************************
ORG ADR+0013H
JMP IO_SPIP
; ;RETI je tam
...... a někde v programu IRQ povolit a umístit tam rutinu pro obsluhu IRQ
;#####################################################
; SPI vysilaci cast - volano pres IRQ !
;#####################################################
;
IO_SPIP:
CLR EA ;zakaz IRQ
PUSH ACC ;uklid registru
PUSH B
MOV B,#8 ;8 bitu
MOV A,PA_DOUT ;data pro vyslani
RLC A ;do CY
IO_SPP1:
MOV IO_DOUT,C ;data ven
A: JB IO_CLK,$ ;skok pro "H"
B: CPL P1.6 ;pro testy = ICLK
MOV C,IO_DIN ;nactem data
RLC A ;posunem do A
DJNZ B,IO_SPP1 ;opakujeme 8x
IO_RET:
MOV PA_DIN,A ;ulozime
POP B ;navrat registru
POP ACC
SETB EA ;povolime IRQ
RETI
;#####################################################
Programy v assembleru si můžete přímo stáhnou SPI_V.ASM SPI_P.ASM.