Материал: 2160
|
Данная схема отражает основную идею создания интерфейса SPI |
||||
(Serial Peripheral Interface). За восемь тактов сдвига в этом разделенном |
|||||
на две части регистре циклического сдвига под действием тактовых |
|||||
сигналов SCLK произойдет перемещение байт информации из мастера в |
|||||
Slave, а из Slave в мастер. |
|
|
|||
|
Принцип работы интерфейса SPI |
|
|
||
|
Для того, чтобы осуществлять передачу данных по протоколу SPI |
||||
используется следующая схема (рис. 1.57): |
|
|
|||
С |
MISO |
& |
|
||
MOSI |
& |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
SCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ss1 |
& |
|
иCLK MASTER ss2 |
|
SLAVE1 |
|||
|
|
|
а |
|
|
SCLK |
|
|
|
|
|
|
Sh |
la |
t |
|
|
|
|
|
|
SLAVE2 |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
Рис.1.57. Передача данных, реализуемая в интерфейсе SPI: |
|||
|
бА |
|
|||
|
|
а |
– схема; б – эпюра тактовых импульсов от CLK |
|
|
|
MASTER может работать с несколькими SLAVE. В каждый мо- |
||||
мент времени он работает с каким-то одним SLAVE-м, а связи с осталь- |
|||||
ными блокирует с помощью специальных сигналов ssN. В частности, |
|||||
|
|
|
Д |
||
если MASTER посылает сигнал ss1= 0, то все связи его со SLAVE1 бло- |
|||||
кируются И-элементами (см. рис. 1.57,а). SLAVE1 в это время может |
|||||
принимать информацию от другого объекта микропроцессорной систе- |
|||||
мы, например, на него может записываться код с АЦП, соответствую- |
|||||
щий показанию датчика температуры охлаждающейИжидкости. В ре- |
|||||
гистр MASTER-а в этот момент тоже может что-нибудь записываться |
|||||
или ничего не записываться (это «решает» сам MASTER). |
|
||||
|
Как только MASTER «решил» начать обмен данными со SLAVE1, |
||||
он выдает сигнал ss1= 1, по которому открываются схемы из И- |
|||||
элементов в SLAVE1. С этого момента MASTER связывается только со |
|||||
SLAVE1, а выходы и входы к другим SLAVE блокированы соответст- |
|||||
вующими сигналами (ssN = 0, где N 1). Далее по каждому тактовому |
|||||
|
|
|
66 |
|
|
импульсу от CLK происходи сдвиг информации. Через восемь таких сдвигов MASTER и SLAVE1 обменяются содержимым своих восьмиразрядных регистров.
В течение одного такта выполняются две операции: сдвиг
Sh (Shift) – освобождение места для нового бита; запись la (launch). Как правило, эти операции привязываются к фронтам импульса: передний фронт – Sh, задний фронт – la (см. рис. 1.57,б).
С(освобод вш еся б ты будут заполняться 1, а вся информация из него сдвинется в рег стр MASTER-а). В этом случае мастер только считывает информац ю з выбранного SLAVE.
Если не нужно передавать данные на SLAVE, то шина MOSI от
него отключена рег стр SLAVE будет принимать «висячую единицу»
, нао орот, нужно только передать информацию на выбранный SLAVE, нужно выключить уже MISO. Тогда через MOSI содержимое рег стра MASTER-а передастся в регистр SLAVE.
Основные достоинства интерфейса SPI:
1) простота; |
|
Если |
|
2) полный дуплекс (за восемь тактов (при включенных MOSI и |
|
MISO) одновременно передается байт данных в обе стороны); |
|
3) низкие тре ования к |
тактовых импульсов. |
Основнойстабильностинедостаток интерфейса SPI: отсутствие контроля связей |
|
MOSI и MISO. Например, при обрыве MISO MASTER примет все вися- |
|
чие единицы и удет «думать», что считал информацию из SLAVE. |
|
граммных средств.
А Данный недостаток здесь можетДбыть устранен лишь с помощью про-
Однако достоинства рассмотренного интерфейса значительно перевешивают этот его недостаток, поэтому он имеет широкое примене-
ние. |
И |
Здесь рассмотрена лишь параллельная схема связи MASTER – SLAVE-ы. Иногда используют последовательную схему, где закольцовываются все SLAVE-ы с регистром MASTER-а в один большой циклический регистр сдвига. В этом случае достаточно будет всего четырех проводов: MISO, MOSI, SCLK и одного ss.
Как правило, все регистры имеют длину 1 байт. Однако сама эта схема (см. рис. 1.57,а) не исключает возможности использования регистров и других размеров.
Существует четыре различных режима работы интерфейса SPI. Здесь же рассмотрен только один из них. Остальные режимы работают по тому же принципу, отличия в деталях. Например, может быть иной последовательность операций сдвига и записи – по переднему фронту la, а по заднему – Sh.
67
Пример использования интерфейса SPI в системе GPS
В навигационной системе можно выделить три объекта, с которыми MASTER должен «общаться» в процессе ее работы. Это флешпамять (Flash) – пусть это будет SLAVE0, модуль навигации GPS – SLAVE1 и графический индикатор для вывода информации – SLAVE2. Для того чтобы мастер работал со всеми ими по схеме параллельного интерфейса SPI, он должен иметь три вывода выбора SLAVE: ss0, ss1, ss2. Каждый из таких выводов соединяется с входом CS (Chip-Selector) соответствующего SLAVE (рис. 1.58).
|
|
МК |
|
SCLK |
|
|
|
|
|
|
SCK |
FLASH |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
С |
MOSI |
|
|
|
|
|
|
SDI |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
MISO |
|
|
|
|
|
|
SDO |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ss0 |
|
|
|
|
|
|
CS |
SLAVE0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
ss1 |
|
|
|
|
|
|
SCK |
GPS |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
SPI MASTER |
|
|
|
|
|
|
|
SDI |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
ss2 |
|
|
|
|
|
|
SDO |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CS |
SLAVE1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SCK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SDI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
А |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
SDO |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CS |
SLAVE2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.58. Принципиальная схема обмена данных в системе GPS |
|||||||||||||||||
|
|
Когда |
MASTER-у надо |
Д |
|||||||||||||||
|
|
считать команду или |
данные с флеш- |
||||||||||||||||
памяти, он выдает сигнал ss0 = 0, флеш-памятьИвключается, а остальные SLAVE выключены.
Во время выполнения микропроцессором прочитанной команды ему может потребоваться обменяться данными с GPS-модулем. Тогда MASTER выставляет ss0 = 1 и ss1 = 0 – включает GPS-модуль.
Полученные данные с GPS-модуля микропроцессор обработает с помощью программы, записанной во флеш-памяти. При этом после выполнения очередной команды программы он прервет связь со SLAVE1 и обратится к SLAVE0, чтобы прочесть следующую команду (арифмети- ко-логическую операцию) программы, а затем вновь обратится к
68
SLAVE1 за данными, с которыми необходимо эту арифметикологическую операцию выполнить.
В результате такого взаимодействия MASTER-а с SLAVE0 и SLAVE1 сформируется файл графического изображения. MASTER начнет включать и выключать индикатор изображения, чередуя сигналы ss2 = 0, ss0 = 1 с сигналами ss2 = 1, ss0 = 0, чтобы перегрузить графический
Сфайл из флеш-памяти на индикатор изображений. После чего на индикаторе высветится изображение как результат переработки данных, полученных с GPS-модуля.
При всем этом обмен данными происходит по шинам MISO и MOSI под действ ем тактовых импульсов SCLK, а SLAVE-selector (ss) здесь нужен л шь для переключений с одного SLAVE на другой.
Так х SLAVE-в может ыть сколько угодно (в зависимости от возможностей мастера). Все эти SLAVE-ы с помощью прерываний ис-
МикросхемаобладаетSPI-FLASH |
высокой скоростью обмена ин- |
|
пользуются как |
ы параллельно. Один промежуток времени микрокон- |
|
троллер (МК) ра отает с одним SLAVE, затем происходит прерывание и |
||
ипереключен е на ра оту с другим SLAVE. Интервалы между этими пе- |
||
реключен ями |
прерываниями достаточно малы, поэтому в более при- |
|
вычных масшта ахАвремени кажется, что МК работает со всеми SLAVE-ми как ы одновременно.
формацией. В ней со ственно и хранится программное обеспечение МК. Шина SPI имеет очень высокую пропускную способность. Через
нее МК |
Д |
|
|
|
|
1. |
Что такое интерфейс? |
|
2. |
Каково назначение интерфейса в микропроцессорных систе- |
|
|
мах управления двигателем? |
И |
|
|
|
3. |
Какое минимальное количество проводов может содержать |
|
|
шина SPI? |
|
4. |
Начертите упрощенную схему обмена данными, которая реа- |
|
|
лизована в интерфейсе SPI, назовите основные составляющие |
|
|
данной схемы и их функции. |
|
5. |
Назовите шины, по которым производится передача данных в |
|
|
интерфейсе SPI. |
|
6. |
Передачу какого сигнала обеспечивает шина SCLK? зобрази- |
|
|
те этот сигнал на временной диаграмме. Назовите действия, |
|
|
которые осуществляются по переднему и заднему фронтам |
|
|
тактового импульса. |
|
7. |
С помощью какого сигнала MASTER мастер подключает и от- |
|
|
ключает выбранный им SLAVE? |
|
69
Практическое занятие №12
СХЕМА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ
Цели занятия: исследование схемы микропроцессорной системы управления переключением передач; изучение на примере данной схемы механизма работы микропроцессорных систем управления.
|
Кратк |
е теоретические сведения |
||
|
М кропроцессорные системы отличаются большим разнообразием |
|||
с точки зрен я пр мененных типов электронных и цифровых устройств |
||||
Си их характер ст к. Так, разрядность слова (регистров данных и ячеек |
||||
памяти) может составлять 4, 8 или 16 бит, тактовая частота – от одного |
||||
до нескольк х мегагерц, число уровней прерывания – 2…8, емкость |
||||
ОЗУ – от 128 |
|
до нескольких килобайт, емкость ПЗУ и ППЗУ – не- |
||
сколько к |
. |
|
, о ъем ПЗУ системы управления двигате- |
|
Например |
|
|||
лем |
трансм сс ей «Тойота» составляет 7,5 килобайт, емкость ППЗУ |
|||
системы управлен я сцеплением «Фиат» – 2 КБ. В качестве центрально- |
||||
го процессора (ЦПУ) могут использоваться как специальные микропро- |
||||
цессоры (например, в системе «Тойота»), так и серийные. |
||||
|
лобайт |
|||
|
Особо перспективным является применение в системах управле- |
|||
ния |
агрегатами |
автомо илей однокристальных микроконтроллеров |
||
(МК). В состав такого МК, выполненного в виде одной интегральной |
||||
схемы, входят центральный процессор, генератор тактовых импульсов, |
||||
|
|
|
А |
|
ОЗУ, интерфейс ввода-вывода, таймер, контроллер прерываний, а также |
||||
какое-либо из постоянных запоминающих устройств (ПЗУ, ППЗУ или |
||||
РПЗУ с ультрафиолетовой или электрической системой стирания про- |
||||
граммы). Часто в составе одной серии однокристальных МК выпускают |
||||
модификации с различными вариантами ПЗУ. Основным преимущест- |
||||
|
|
|
|
Д |
вом применения однокристального МК является возможность значи- |
||||
тельного сокращения числа интегральных Имикросхем, образующих систему управления. Однокристальный МК в зависимости от структуры микропроцессорной системы управления может заменить 5…10 корпусов интегральных микросхем, что помимо уменьшения размеров аппаратуры управления обеспечивает и существенное повышение ее надежности в результате сокращения внешних соединений между корпусами микросхем [9, с. 111].
Ядром микропроцессорной системы является ЦПУ (CPU - Central Processing Unit). Это программно-управляемое цифровое устройство с дискретным принципом действия. Упрощенная структура ЦПУ представлена на рис. 1.59,а.
70