Вопросы для самопроверки

1. Каковы различия между двумя режимами работы контроллера SPI: режимом ведущего и режимом ведомого?

Ответ: Контроллер SPI, работающий в режиме ведущего, начинает обмен и генерирует импульсы синхронизации SCK для обмена. Таким образом, ведущий контроллер управляет обменом. Ведомый контроллер SPI ожидает сигналов от ведущего, и под их управлением запоминает информацию с линии MOSI, а также генерирует информацию на линию MISO. Завершается обмен под управлением ведущего.

2. Каково назначение сигнала SCK?

Ответ: Сигнал SCK предназначается для синхронизации передачи информации между двумя устройствами. Частота этого сигнала определяет скорость передачи. В течение одного периода SCK два устройства обмениваются одним битом данных.

4.19.3. Регистры контроллера spi

Подобно контроллеру асинхронного обмена контроллер SPI обслуживается несколькими регистрами специальных функций:

• Регистр скорости обмена;

• Регистры управления;

• Регистр состояния;

• Регистр данных.

Далее мы рассмотрим формат и назначение битов каждого регистра модуля SPI.

Регистр скорости обмена sPxBr

Регистр скорости обмена SPxBR позволяет выбрать частоту следования импульсов синхронизации SCK, а, следовательно, и скорость обмена по синхронному последовательному интерфейсу. Формат регистра SPxBR представлен на рис. 4.72. Три бита этого регистра SPR2…SPR0 определяют коэффициент деления импульсной последовательности ECLOCK, из которой образуется сигнал синхронизации SCK. Соответствие численных значений коэффициентов деления возможным комбинациям битов SPR2…SPR0 устанавливает таблица рис. 4.72. Внимательно проанализируйте данные этой таблицы. Вспомните, что при тех же частотах системной шины МК, максимальная скорость обмена в асинхронном режиме с использованием контроллера SCI составляла 38400 бод, что для SPI эквивалентно частоте SCK в 38,4 кГц. А для контроллера SPI максимальная частота синхронизации, а, следовательно, и максимальная скорость обмена составляет 4,0 МГц.

Выбор частоты обмена по SPI

Рис. 4.72.

Регистры управления sPxCr1 и sPxCr2

Формат первого регистра управления SPxCR1 контроллера SPI представлен на рис. 4.72. Биты этого регистра имеет следующее назначение:

SPIE:

Бит разрешения прерывания по запросу модуля SPI. Бит разрешает генерацию запросов на прерывание от модуля SPI. Запросы в модуле SPI могут генерироваться при установленном флаге SPIF, который свидетельствует о завершении приема или передачи одного байта информации, или при установленном флаге ошибки MODF.

1 — прерывания разрешены;

0 — прерывания по запросу приемника запрещены.

SPE:

Бит разрешения работы модуля SPI.

1 — контроллер SPI включен;

0 — контроллер SPI выключен.

SWOM:

Бит выбора режима открытого коллектора. Этот бит определяет состояние выходных буферов линий MOSI, MISO, SCK, если эти линии работают на вывод.

1 — буферы переведены в режим открытого коллекторного выхода;

0 — буферы работают в режиме двунаправленной передачи с возможностью установки в высокоимпедансное состояние.

Перевод линий MOSI и MISO в режим открытого коллектора позволяет соединить их по схеме «монтажное И».

MSTR:

Бит режима работы контроллера SPI.

1 — контроллер SPI работает в режиме ведущего (Master);

0 — контроллер SPI работает в режиме ведомого (Slave).

CPOL:

Бит выбора полярности сигнала синхронизации SCK.

Этот бит определяет состояние линии SCK между сеансами передачи данных. Бит CPOL вместе с битом CPHA задает один из четырех возможных режимов SPI интерфейса.

1 — SCK=1 между сеансами передачи данных

0 — SCK=0 между сеансами передачи данных

CPHA:

Бит выбора фазы сигнала синхронизации SCK. Этот бит определяет протокол обмена по SPI шине. Если CPHA=0, то начало обмена инициируется установкой сигнала выбора ведомого

 в активное состояние (режимы 0 и 1). Первый перепад сигнала синхронизации SCK используется принимающим устройством для запоминания очередного бита в сдвиговом регистре. Передающее устройство выставляет очередной бит посылки на линии MOSI по каждому четному фронту сигнала SCK. Сигнал на линии выбора ведущего

 должен быть возвращен в неактивное состояние после передачи каждого байта в любом направлении. Режимы 0 и 1 предпочтительно использовать в системах, которые имеют более одного ведомого устройства.

Если CPHA=1, то начало обмена определяет первое изменение уровня сигнала на линии SCK после установки сигнала выбора ведомого

 в активное состояние (режимы 2 и 3). Все нечетные перепады SCK вызывают выдвижение очередного бита посылки из сдвигового регистра передатчика на линию. Каждый четный перепад используется для записи этого бита в сдвиговый регистр приемника. Сигнал выбора ведомого может оставаться в активном состоянии

= 0 в течение передачи нескольких байт информации. Режимы 2 и 3 рекомендуется использовать в системах с одним ведомым устройством.

SSOE:

Бит разрешения работы вывода в режиме ведущего. Если контроллер SPI работает в режиме ведущего, то при установке этого бита в 1 вывод может использоваться как вывод для формирования сигнала «выбор ведомого»

1 — функция выхода

 разрешена;

0 — функция выхода

 не реализуется.

LSBF:

Бит выбора очередности выдачи битов данных на линию MOSI. Если бит LSBF сброшен, то данные в процессе передачи выставляются на линию MOSI, начиная со старшего бита. Этот режим считается нормальным режимом обмена для интерфейса SPI. Если же бит LSBF установлен в 1, то при передаче первым на линию MOSI выдается младший бит. Некоторые периферийные ИС требуют такого режима обмена.

Формат второго регистра управления SPxCR2 контроллера SPI также приведен на рис. 4.72. Этот регистр содержит всего три бита управления:

PUPS:

Бит выбора схемотехники входных буферов порта S. Если этот бит равен 1, то все линии порта S, которые находятся в режиме ввода, переходят в состояние входа с внутренним подтягивающим к напряжению питания резистором.

RDS:

Бит выбора схемотехники выходных буферов порта S. Если этот бит равен 1, то все линии порта S, которые находятся в режиме вывода, переходят в состояние выхода с пониженной нагрузочной способностью.

SPCO:

Совместно с битом MSTR этот бит определяет конфигурацию входов/выходов контроллера SPI на выводы корпуса МК в соответствие с таблицей рис. 4.73.

Познакомившись с назначением отдельных битов регистров управления SPxCR1 и SPxCR2, можно сказать, что эти регистры определяют конфигурацию аппаратных средств контроллера SPI. Разъясним дополнительно функции битов MSTR регистра SPxCR1 и SPCO регистра SPxCR2. Возможные комбинации кодов этих двух битов и соответствующие им внутренние соединения линии ввода и линии вывода контроллера SPI показаны на рис. 4.73. Например, если значения рассматриваемых битов равны SPCO:MSTR = 01, то вывод MISO будет выполнять функцию ввода данных, а вывод MOSI — функцию вывода данных контроллера SPI, работающего в режиме ведущего. Линия SCK при этом значении кодовой комбинации битов SPCO:MSTR будет использоваться для выдачи импульсов синхронизации, а линия

 может быть дополнительно сконфигурирована на ввод или на вывод. Примечания 1–5 на рис 4.73 содержат дополнительную информацию по конфигурированию линий порта S для обслуживания контроллера SPI записи 0 или 1 в соответствующие разряды регистра направления передачи DDRS порта S. Мы рассмотрим эти рекомендации в примере программного обслуживания контроллера SPI (раздел 4.19.4).

На рис. 4.73 показано, что выходы контроллера SPI могут работать как в нормальном двухпроводном режиме (обмен одновременно идет по линиям SI и SO), так и в однопроводном режиме (обмен идет по одной линии).

Рис. 4.73. Выбор режима работы контроллера SPI

Формат регистра состояния SPxSR контроллера SCI представлен на рис. 4.74.

Рис. 4.74. Формат регистра состояния контроллера SPI

Регистр SPxSR содержит всего три бита флагов состояния:

SPIF:

Бит завершения обмена одним байтом данных. Устанавливается в момент, когда все восемь бит данных выставлены на линию последовательного обмена. Этот бит сигнализирует микроконтроллеру о том, что записанный ранее байт данных передан в линию и можно либо загружать новый байт для передачи, либо читать принятый в процессе передачи байт. Этот бит сбрасывается в результате выполнения двух последовательных операций. Сначала читают регистр состояния SPxSR, затем выполняют операцию чтения или записи регистра данных SP0DR.

WCOL:

Бит нарушения режима передачи данных. Этот бит устанавливается в 1, если МК пытается записать в регистр данных SPxDR новый байт для передачи в то время, когда предыдущий байт еще находится в процессе передачи.

MODF:

Бит нарушения режима контроллера SPI. Устанавливается, если на линию

 ведущего (MSTR = 1) подали сигнал низкого логического уровня. Бит MSTR = 1 назначает режим ведущего для контроллера SPI, а

= 0 пытается перевести контроллер в режим ведомого. Такая ситуация является конфликтной, о чем и сигнализирует флаг MODF.