论文研究-基于AVR单片机SPI通信的信号发生器 .pdf

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基于AVR单片机SPI通信的信号发生器,黄新建,,本文给出了一种新型的信号发生器,利用AVR单片机Atmage16和串行10 位DAC 芯片TLC5615产生了正弦波、方波、三角波和锯齿波,其中Atmage16和TLC
取国利技论文在线 th(csHo)+i+ci-tsu(CSS 4- tw(cs i tw(CH) 声-…-twCL】 th(CSH1)E --.tsv(CS 1) SCLK SEE Note A See note c see Note a Tsu lDs)4◆thDH DIN MX0YX tpd (dout)- Previous sX岖s×x LSB DOUT See Note B 图2TLC5615时序图 虚拟位、低2位填充位以及10位有效位。在单片TLC5615工作时,只需要向16位移 位寄存器按先后输入10位有效位和低2位填充位,2位填充位数据任意,这是第一种方式, 即12位数据序列。第二种方式为纵联方式,即16位数据序列.可以将木片的DOUT接到 下片的DIN,需要向16位移位寄存器按先后输入高4位虚拟位、10位有效位和低2位 填充位,由于增加了高4位虚拟位,所以需要16个时钟脉冲。(本次设计只用到第种方 式)无论工作在哪一种方式输出电压为 VOUT=2 VREFIN×N/1024 其中, VREF IN是参考电压,N为输入的二进制数 .关于 的通信 串行外设接口一SPI串行外设接口SPⅠ允许 ATmega16和外设或其他AVR器件进行 高速的同步数据传输叫 ATmegal6SPI的特点如下 全义L,3线同步数据传输 ·主机或从机操作 LSB首先发送或MSB首先发送 ·7和可编程的比特率 传输结束中断标志 写碰撞标志检测 ·可以从闲置模式唤醒 作为主机时只有倍速模式(CK2) PI用到的四个物理端口分别为(此次设计中PB6没用): 取国利技论文在线 端口引脚第二功能 PB7 SCK(SP|总线的串行时钟) PB6 M|SO(SP总线的主机输入/从机翰出信号) PB5 MOS|SPH总线的主机输出/从机翰入信号) PB4 ss(SP从机选择引肜) 图3avr相关管脚 主机模式介绍 当SPI配置为卡机时(MSTR的SPCR置位,用户可以决定SS引脚的方向。 若SS配置为输出,则此引脚可以用作普通的IO口而不影响SPI系统。典型应用是 用来 驱动从机的SS引脚。 如果SS配置为输入,必须保持为高以保证SPⅠ的正常工作。若系统配置为主机,SS 为 输入,但被外设拉低,则SPI系统会将此低电平解释为有个外部主机将自己选择为 从 机。为了防止总线冲突,SPI系统将实现如下动作 1.清零SPCR的MSTR位,使SPI成为从机,从而MOS和SCK变为输入 2.SPSR的SPIF置位。若SPI中断和全局中断开放,则中断服务程序将得到执行。 因此,使用中断方式处理SPI主机的数据传输,并且存在SS被拉低的可能性时,中断 服务程序应该检查MSTR是否为"1”。若被清零,用户必须将其置位,以亘新使能SPⅠ主机 模式 SPI控制寄存器一SPCR ·Bit7-SPIE:使能SPI中断置位后,只要SPSR奇仔器的SPIF和SREG寄仔器的全 局中断使能位置位,就会引发SPI中断 Bit6-SPE:使能 SPISPE置位将使能SrI。进行任何SPI操作之前必须置位SPE。 ·Bit5-DORD:数据次序DORD置位时数据的LSB首先发送;否则数据的MSB首 先发送。 Bit4-MSTR:主′从选择MSTR置位时选择主机模式,否则为从机。如果MSTR为 ,SS配置为输入,但被拉低,则MSTR被清零,寄存器SPSR的SPIF置位。用户必须 重新改置MsTR进入主机模式。(AⅤR的SPⅠ通信有从机模式和主机模式,本次设计只用 到主札模式,故在此只介绍主机模式) SPI的各个寄存器 寄存器控制寄存器 取国利技论文在线 5 3 SPIE SPE DORD MSTR CPOL CPHA SPR1 SPRO SPCR 读/写 R′ RW R R RW R P/ 初始值 0 图4SPCR ·Bit7-SPIE:使能SPI中断置位后,只要SPSR寄存器的SPIF和SREG寄存器的全局 中断使能位置位,就会引发SPI中断。 ·Bit6-SPE:使能 SPISPE置位将使能SPI。进行任何SPI操作之前必须置位SPE。 BiL5-DORD:数据次序DORD置位时数据的LSB首先发送;否刈数据的MSB首 先发送 Bit4-MSTR:主!从选择MSTR置位时选择主机模式,否则为从机。如果MSTR为 "1”,SS配置为输入,但被拉低,则MSIR被清零,寄存器SPSR的SPIF置位。用户必须 重新设置MSTR进入主机模式。 ·Bit3-CPOI:时钟板性CPOL置位表示空闲时SCK为高电平;否则空闲时SCK为 低电平。请参考 Figure67与 Figure68。CPOL功能总结如下: Tab|e56.CPOL功能 CPOL 起始沿 结束沿 上升沿 下降沿 下降沿 上升沿 图5CPOL Bit2-CPHA:时钟相位CPHA决定数据是在SCK的起始沿采样还是在SCK的结束 沿采样。请参考 Figure67与 Figure68 Tabe57.CPHA功能 CPHA 起始沿 结束沿 0 采样 设置 设置 采样 图6CPHA Bits I,O-SPRl,SPR0:SPI吋钟速率选择1与0确定主机的SCK速率。SPR1和 SPR0对从机没有影响。SCK和振荡器的时钟频率fosc 关系如下表所示 取国利技论文在线 Tabe58.SCK和振荡器频率的关系 SPx SPR1 SPRO scK频率 0 0 4 0 /16 01100 0 64 0 /128 10101 32 图7SCK 寄存器状态寄存器 6 4 SPIF WCOL SPI2X SPSR 读「写 R R R R RW 初叵 图8SPSR BiL7-SPIF:SPI中断标志串行发送结束后,SPIF置位。若此时寄存器SPCR的SPIE 和全局中断使能位置位,SPI中断即产生。如果SPI为主机,SS配置为输入,且被拉低, SPlF也将置位。进入中断服务程序后SPI自动清零。或者可以通过先读SPSR,紧接着访 问SPDR来对SPF清零 Bit6-WCOL:写碰撞标志在发送当中对SPI数据寄存器SPDR写数据将置位 wCOL。wCOL可以通过先读SPSR,紧接着访问SPDR来清零。 ·Bit5.1-Res:保留保留位,读操作返囯值为零。 Bit0-SPI2X:SPI倍速置位后SPI的速度加倍。若为主机(见 Table58),则SCK频 率可达CPU频率的一半。若为从机,只能保证fse/4 寄存器 数据寄存器一 6 MSE LSB SPDR 读/写 R/W R R/W R/W 初始值 X X X 图9SPDR SPI数据寄存器为读/写寄存器,用来在寄存器文件和SPI移位寄存器之间传输数据。 写寄存器将启动数据传输,读寄存器将读取寄存器的接收绥冲器。 6 取国利技论文在线 的数据模式 相对于串行数据,SCK的相位和极性有4种组合。CPHA和CPOL控制组合的方式 SP数据传输格式见 Figurc67与 Figurc68。每一位数据的移出和移入发生于SCK不同的信 号跳变沿,以保证有足够的时间使数据稳定。这个过程在 Table56和 Table57有清楚的 说明 abe59.CPOL与CPHA功能 起始沿 结束沿 sP|模式 PCL=0CPHA=0平样(浴)果样(下降沿) CPOL =0. CPHA=1 设置(上升沿) 采样(下降沿) CFOL=1,CPHA=0采样(下降沿) 采样(上升沿) CPOL =1. CPHA=1 采样(下降沿) 采样(上升沿) 图10CPOL与CPHA Figure67.CPHA=0时SP的传输格式 SCK(CPOL=0) mode 0 SCK(CPOL=1) mode 2 SAMPLE I MOSIMISO CHANGE O MOSIPIN CHANGE O MISO PIN MSB first(DORD=D) MSB Bit 6 Bit 5 Bit Bit 3 Bt2 LSB first(CORD=1) LSB Bit 1 Bt 3 Bit 4 Bt5 Bit 6 图11SPI(1) 7 取国利技论文在线 Figure68.cPHA=1时SP|的传输格式 SCK(CPOL=0 mode 1 SCK (CPOL=11 mode 3 SAMPLE I MOSIMISO CHANGE O MOSIPIN CHANGE O MISO PIN MSB first I DORD=0) Bit 6 Bit 5 3 Bit 2 Bit 1 LSB first (DORD= 1 LSB Bit 1 Bit Bit 3 日t4 Bit 5 Eit 6 MS日 图125P(2) 相关电路介绍 电源模块 VCC S2 10uF 104 D SW-SPDI R2 10K GND N 图13电源 本次设计电源采用USB供电,USB供电具有一定的稳定性,方便实用,可充分满足设 计要求。LED用来指示电源是否接通,和其串联起来的10K的电阻充分降低了系统的功耗 两个电容可充分达到滤除噪声的效果 键盘模块 取国利技论文在线 PD2 S2 PD3 PDO S4 PDI S5 GND 图14按键 S2和S3分别用来引发外部中断0和外部中断1,通过外部中断来达到相应的操作效果 通过对S4和SS的扫描来判断他们是否被按下 模块 VCC PB5 PB7 r7 PB4 330K 56 LED TLC5615 Rs 0 Port r6 R4 330K IK GND 图15TLC5615模块 9 取国利技论文在线 结合TIC5615介绍中TIC5615的相关介绍引脚功能介绍和AVR单片机SPI通信所要 用到的相关引脚对TLC5615的1、2、3脚进行连接如上图所示。由」没有用到TLC 5615的级联模式,故4号脚接内。5号脚加·0欧姆电阻进行模拟地和数字地的隔离。 6号脚通过两个330K电阻的分压输入大约2.5V左右的电压。7号脚输出数字信号转换出 的模拟量,LED起到直观上的指示作用。8号脚接高电平。 最小系统模块 BO(XCK/TO; PAO(ADCO)DY PA BH PBI CAROIND PA ADD F pi 3(ANC)PA3ADC3下yP4 PDO IRXD PDIIX) Pc(SDA) 2F PDE (ICP PCo(TOSC1 PD(OC2) PC7(TOSC2) XTAL2 GND ⅹTA1. KTA o11 图16最小系统 整体电路图 10

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