串行接口及应用课件

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1、第 章串行接口及应用,8,本章内容,同步串行接口SPI SPI 应 用 异步串行接口USART USART的异步串行通行应用 两线串行TWI总线接口及应用,8.1.1 SPI 原理,SPI 8位移位寄存器,MSB,LSB,主机,SPI 8位移位寄存器,MSB,LSB,从机,MISO,MISO,MOSI,MOSI,SPI时钟发生器,SCK,SCK,/SS,/SS,VCC,图8-1 SPI主/从CPU内部连接,主/从CPU的SPI数据传输,表8-1 SPI引脚配置,当SPI被设置成允许时，MOSI（PB5）、MISO（PB6）、SCK（PB7）和/SS（PB4）引脚的数据方向，按表8-1中来配置。

2、,8.1.2 /SS引脚功能,当SPI被配置为主机时（SPI控制寄存器SPCR的MSTR位置1），用户可以决定/SS引脚的方向。若/SS引脚被设置为输出，该引脚将作为通用输出口，而不影响SPI系统（通常用于驱动从机的/SS引脚）；如果/SS被设置为输入，则/SS必须保持为高电平来保证主机SPI的操作。如果在主机模式下，/SS引脚为输入，而且被外设电路置低，则该系统认为另外的主机选择该SPI为它的从机并开始对它传递数据。因此，在主机模式下使用中断方式来驱动SPI发送时，存在/SS被置低的可能。因此在中断程序中，应随时检查MSTR位是否为“1”，一旦发现MSTR位被从机清“0”，则必须由用户再次将

3、其置位，以恢复SPI的主机方式。 当SPI被配置为从机时，/SS总是作为输入口。当/SS被外部置低时，SPI功能被激活，MISO变为输出口（如果被用户配置为输出口时），而其他成为输入。如果/SS被置“1”后，所有相关引脚都为输入口，同时SPI处于禁止状态不接收任何数据。,8.1.3 与SPI接口相关的寄存器,SPI控制寄存器SPCR,位7（SPIE）：SPI中断使能 位6（SPE）：SPI使能 当该位置1时，SPI功能被激活。要使能SPI的任何操作，必须设置该位。 位5（DORD）：数据移出顺序 当DORD=1时，数据传送的顺序为LSB（低位）被首先传送；当DORD=0时，数据的MSB（高位）

4、被首先传送。 位4（MSTR）：主/从机选择 当MSTR=1时，选择主机SPI模式；MSTR=0时，选择从机SPI模式。 位3（CPOL）：时钟（SCK）极性选择 当该位被设置为“1”时，SCK在闲置时是高电平；当CPOL为“0”时，SCK在闲置时是低电平。 位2（CPHA）：时钟（SCK）相位选择 CPHA位的设置决定了串行数据的锁存采样是在SCK时钟的前沿还是在SCK时钟的后沿。 位1、0（SPR1、SPR0）：时钟速率选择位,SPI状态寄存器SPSR,位7（SPIF）：SPI中断标志位 当串行传送完成时SPIF位被置“1”，且若SPCR中的SPIE=1、全局中断使能位I=1，则产生中断。

5、如果/SS被设置为输入且在SPI是主机模式时被外部拉低，此时将设置SPIF标志。SPIF标志位的属性为只读，清零SPIF有两种方式： 硬件方式。MCU响应SPI中断，转入相应中断程序的同时，SPIF位由硬件自动清“0”。 软件方式。先读取SPI状态寄存器SPSR（读SPSR的操作将会自动清除SPIF位），紧接着对SPI数据寄存器SPDR的操作处理。 位6（WCOL）：写冲突标志位 如果在SPI接口的数据传送过程中，对SPI的数据存储器SPDR写入数据，将会置位WCOL。清零WCOL标志只能通过软件方式：先读取SPI状态寄存器SPSR（读SPSR的操作将会自动清除SPIF位和WCOL位），然后再

6、进行对SPI数据寄存器SPDR的操作处理。 位5、4、3、2、1：保留 在ATmage16中，这几位保留，读出为“0”。 位0（SPI2X）：倍速SPI,SPI数据寄存器SPDR,MSB LSB,7 6 5 4 3 2 1 0,SPI数据寄存器可以读/写的寄存器，其内容是移位寄存器之间传送的数据。写数据到SPDR是初始化数据传送，而读SPDR寄存器时，读到的是移位寄存器接收缓冲区中的值。,8.2.1 7219显示控制芯片,MAX7219引脚及功能,MAX7219工作原理,MAX7219采用串行接收数据，在传送的串行数据中包含有RAM的地址。按照时序要求，单片机将16位二进制数逐位发送到DIN端

7、，在CLK上升沿到来之前DIN必须有效，在CLK的每个上升沿，DIN被串行逐位移入MAX7219内部的16位串行寄存器中。设最先移入的数据是D15，最后移入的数据是D0，则数据格式如下：,MAX7219内部显示RAM及SFR,显示RAM（地址：*1*8） 接到DIG0引脚的显示器显示地址为*1H的RAM中的数据，接到DIG1引脚的显示器显示地址为*2H的RAM中的数据，如此类推。 译码方式寄存器（地址：*9H） 该寄存器的8位二进制数的各位值分别控制着8个LED显示的译码方式。当该位为1时选择相应的显示位位BCD码模式，为0时选择不译码。小数点不译码，它由显示数据的D7位控制，D7=1时小数点

8、亮，D7=0时小数点不亮。,MAX7219内部显示RAM及SFR,扫描界限寄存器（地址：*BH） 该寄存器的D0D3位数据设定值为07H。设定值表示显示器动态扫描个数为18。 停机寄存器（地址：*CH） 该寄存器的D0=0时，MAX7219处于停机状态；当D0=1时，处于正常工作状态。 显示测试寄存器（地址：*FH） 当该寄存器的D0=0时，MAX7219按设定模式正常工作；当D0=1时，处于测试状态，在测试状态下，不管MAX7219处于什么模式，全部LED将按最大亮度接通显示。,MAX7219内部显示RAM及SFR,亮度寄存器（地址：*AH）及亮度的调节与控制 LED的亮度可通过硬件和软件两

9、种方式调节或控制。 硬件调节 在V+和ISET之间外接电阻RSET，可控制LED段电流，达到硬件调节LED亮度的目的。 LED亮度的程控 亮度寄存器中的D0D3位可以控制LED显示器的亮度。该寄存器可按其地址方便地写入，从而实现亮度的程控。方法是：D0D3控制内部的脉宽调制器（DAC）的占空比来控制LED段电流的平均值，以达到控制亮度的目的。 当亮度寄存器D0D3位从0变化到0FH时，DAC的占空比从1/32变化到31/32，共16个控制等级，每级变化2/32。 MAX7219级联 在实际应用中MAX7219可以级联，即前一片的DOUT可接到后一片的DIN上，各片的CLK、LOAD分别并接。与

10、单片机接口时，只需3根控制线即可进行多片MAX7219的控制。数据传送与装载方法同单片MAX7219时相似，所不同的是当N片级联时，各片MAX7219共接收到N16位数据后再将LOAD由低变高，从而实现N片MAX7219同时装载数据。,8.2.3 应用课题MAX7219的控制显示,1. 接口原理框图,1,MAX7219,ATmega16,图8-3 ATmega16与MAX7219的接口原理图,在图8-3中，将ATmega16 单片机SPI的串行数据输出 MOSI（PB5引脚）与MAX 7219的数据输入线DIN相连 ，作为数据传送线；将SPI 的同步传送时钟SCK（PB7 引脚）与MAX721

11、9的时钟 输入线CLK相连，作为同步 时钟信号；SPI的/SS线 （PB4引脚）作输出与MAX 7219的数据转载线LOAD相 连，作为数据发送、数据接 收的控制线。,程序范例,SPI的数据传送采用查询方式，整个传送过程设计成一子函数spi_xie(i,j)；i为存储器地址，j为传送的数据。MAX7219芯片需初始化，初始化过程亦用一子函数spi_7219c( )。多参数显示函数xunce(char bianhao,int canshu ,char dianwei)。用文件spi_7219.c保存下列程序： #include io.h #define uchar unsigned char v

12、oid spi_xie(uchar i,uchar j) DDRB=0 xBF;/选通7219 SPCR=0 x5e; /SPI设置 PORTB=PORTB /结束对7219的传送 ,程序范例,void spi_7219c() /7219初始化 spi_xie(0 x0b,0 x07);/显示8位 spi_xie(0 x0a,0 x02);/亮度调节 spi_xie(0 x09,0 xff);/每位BCD输入 spi_xie(0 x0c,0 x01);/工作状态 spi_xie(0 x0f,0 x00);/非测试 /* 多参数显示，前两位显示参数编号，后6位显示整型参数，小数点设在第n+1位

13、*/ void xunce_7219(uchar i,int y,uchar n) /把i送到显示器的第一、二位，把y送到第三至八位,n为小数点所在位 uchar lcd8; uchar j; n=n ,程序范例,lcd3=(uchar)(y/10000%10); lcd4=(uchar)(y/1000%10); lcd5=(uchar)(y/100%10); lcd6=(uchar)(y/10%10); lcd7=(uchar)(y%10); for (j=0;j8;j+) if(n=j) lcdj=lcdj+0 x80; /加入小数点 spi_xie(j+1,lcdj); /送显示数据到7

14、219 ,8.3 异步串行接口原理,异步串行通讯是指具有不规则数据段传送特性的串行通讯。这种数据链路控制形式是面向字符的。在异步通讯中，发送的每一个数据字符均由起始位、数据位、停止位和可选择的奇偶校验位组成，数据之间没有特殊的关系，也没有发送和接受时钟。 串行数据通讯的方法分为三种：单工、半双工、全双工。 波特率 - 通讯速率 RS232C使用的是电平协议，这种单端电气接口电平与TTL和CMOS电平有很大的不同，它的逻辑“0”至少是3V以上，它的逻辑“1”至少是-3V以下。,ATmega103通用串行接口UART,ATmega103单片机带有一个全双工的通用串行异步收发器（UART-Unive

15、rsal Asynchronous Receiver and Transmitter）主要特征如下： 1 波特率发生器可以生成多种波特率(bps) 2 在XTAL低频率下有高的波特率； 3 8 位或9 位数据； 4 噪声滤波； 5 超越误差的检测； 6 帧错误探测； 7 错误起始位的检测； 8 三个独立的中断：发送TX完成，发送TX数据寄存器为空，接受RX完成。,UART控制,1、UART- I/O数据寄存器UDR,UDR寄存器是两个物理分离的寄存器，分享相同的I/O地址。 当写入寄存器时，UART的发送数据寄存器被写入；当读 UDR时读的是UART接收寄存器。,2、UART 状态寄存器USR

16、,USR寄存器是一个只读的寄存器，提供UART的状态信息。下面对每一位进行说明。 位7-RXC：UART接收完成 位6-TXC：UART发送完成 位5-UDRE：UART数据寄存器空 位4-FE：帧出错 位3-OR：溢出出错 位2、1、0-Res:保留位,3、UART控制寄存器UCR,位7-RXCIE:RX完成中断开放 当该位被置1时,如全局中断被允许，在USR中置位RXC位将导致接收完成中断被执行。 位6-TXCIE：TX完成中断开放 当该位被置1时，如全局中断被允许，在USR中置位TXC位将导致发送完成中断被执行。 位5-UDRIE：UART数据寄存器空中断开放 当该位被置1时，如果全局中断被允许，在USR中设置UDRE位将导致UART数据寄存器空中断被执行。 位4-RXEN：接收开放 当该位被置1时，允许UART接收。当接收器被禁止时，TXC、O