PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

Последовательный протокол, как две капли воды похожий на только что рассмотренный нами, известен как последовательный периферийный интерфейс (SPI™)[152]. Существует еще один похожий последовательный протокол — Microwire, но он несколько отличается от рассмотренного[153].

Интерфейс SPI имеется в большинстве микроконтроллеров, и он в достаточной степени стандартизован, чтобы производители могли выпускать широкий ассортимент микросхем, предназначенных для непосредственного (без использования дополнительных сдвиговых регистров) подключения к этой шине.

Возьмем в качестве примера микросхему сдвоенного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) МАХ549А, показанную на Рис. 12.5, которая работает при напряжении питания от +2.5 до +5.5 В. Типичный ток потребления в рабочем режиме составляет около 150 мкА/канал при напряжении питания 5 В. Кроме того, один или оба модуля ЦАП можно отключить для уменьшения тока потребления до уровня менее 1 мкА. Максимальная частота шины SPI составляет 12.5 МГц. И все эти возможности заключены в крошечном 8-выводном корпусе — сравните с 20-выводной микросхемой МАХ506, изображенной на Рис. 14.16 (стр. 526), которая рассчитана на подключение к параллельному порту микроконтроллера.

Из упрощенной функциональной схемы МАХ549А, приведенной на Рис. 12.5, видно, что в микросхеме имеется встроенный 16-битный сдвиговый регистр, тактовый вход которого соединен с выводом SCLK микросхемы, а вход данных — с выводом DIN. Поэтому данные в этот регистр могут загружаться в соответствии с обычным протоколом SPI. Дополнительные восемь разрядов регистра используются для хранения четырех управляющих битов, выполняющих следующие функции:

∙ А0

Разрешает работу входного PIPO-регистра канала А, тактирование которого осуществляется по нарастающему фронту сигнала на выводе .

∙ А1

Разрешает работу входного PIPO-регистра канала В, тактирование которого осуществляется по нарастающему фронту сигнала на выводе .

∙ С1

Управляет работой обоих регистров ЦАП; при установленном бите содержимое этих регистров одновременно обновляется по нарастающему фронту  сигнала на выводе .

Рис. 12.5.Микросхема сдвоенного ЦАП с интерфейсом SPI МАХ549А (Maxim)

∙ С2

Установка этого бита переводит ЦАП, определяемый битами А0 и/или А1, в «спящий режим». При этом источник опорного напряжения V_ref отключается от резистивной цепи выбранного ЦАП (см. Рис. 14.14 на стр. 516), в результате чего ток потребления ЦАП уменьшается до значения менее 1 мкА (содержимое внутренних регистров ЦАП остается неизменным).

Между каждым из модулей ЦАП и сдвиговым регистром имеется 2-уровневый регистровый конвейер. На первом уровне расположены регистры INREGx, разрешение которых осуществляется установкой бита А0 (канал А) или А1 (канал В) в 1. При установленном бите данные, находящиеся в 1-м байте сдвигового регистра, можно загрузить в регистр, подав на вывод  отрицательный импульс. Однако это значение не появится на параллельном входе ЦАП до тех пор, пока тактовый импульс не будет подан на регистры второго уровня — DACREGx. Разрешение этих регистров осуществляется установкой бита С1 в 1, а тактирование — подачей отрицательного импульса на вывод  микросхемы. То есть мы можем загрузить один байт, скажем, в ЦАП А, а другой — в ЦАП В. Содержимое же обоих регистров DACREGx обновляется одновременно, что приводит к одновременному изменению сигналов на выходах V_outA и V_outB (см. Программу 12.5). Это можно сделать даже в то время, когда МАХ549А находится в режиме пониженного потребления, поскольку при переходе в данный режим содержимое регистров не изменяется. Из всего сказанного становится понятно, что каждая транзакция между микроконтроллером и микросхемой ЦАП состоит из пересылки двух 8-битных значений , сопровождающихся подачей нарастающего фронта  на вывод .

Для примера, перешлем содержимое регистра h’20’ в ЦАП А, а содержимое регистра h’21’ — в ЦАП В. Затем перегрузим переданные значения в регистры ЦАП, в результате чего на выводах V_outA и V_outB одновременно появятся напряжения, эквивалентные содержимому регистров h’20’ и h’21’ соответственно.

В общей сложности для выполнения указанной задачи нам придется переслать четыре байта:

1. Управляющий байт 1: Ь’ХХХ00Х01’

Рабочий режим, обновить канал А, не формировать аналоговый сигнал.

2. Байт данных 1:

Содержимое регистра h’20’.

3. Подаем импульс  на вывод .

4. Управляющий байт 2: Ь’ХХХ01X10’

Рабочий режим, обновить канал В, формировать аналоговый сигнал на обоих каналах.

5. Байт данных 2:

Содержимое регистра h’21’.

6. Подаем импульс  на вывод .

Код, осуществляющий указанные операции, приведен в Программе 12.5. Для передачи каждого из четырех байтов используется подпрограмма SPI_WRITE, после передачи каждой пары байтов  формируется импульс  на выводе . В управляющем байте второй пары бит С1 устанавливается в 1, в результате чего одновременно с загрузкой входного регистра канала В оба байта данных перегружаются в регистры ЦАП.