A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,.. A438NVS, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha. J

A438NVS, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,..

A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL

1

Druhá část. přednášky 12 Sériové rozhraní SPI, Sériové rozhraní IIC

Náplň přednášky


2

SCK

MOSI - Master Output Slave Input MISO - Master Input Slave Output SCK - serial clock SS - slave select

SPI hod. generátor

8 bit pos. registr

MASTER

SS

SS

MOSI

MISO

+5V

MOSI

MISO

SCK

8 bit pos. registr

SLAVE

Rozhraní SPI ( Serial Peripheral Interface) - původ firma Motorola SPI není typ bus - sběrnice, ale pouze rozhraní (interface) typu bod - bod master - procesor, generace hod. sig. SCK, slave - podřízená jednotka, výstup ze SLAVE M ISO - třístavový pokud je u slave /ss = H, není aktivní výstup MISO

Rozhraní SPI


3

SS (do slave)

MISO (ze slave)

MOSI (z master)

SCK (CPOL=1)

SCK (CPOL=0)

SCK cyklus

MSB

MSB

1

6

6

2

5

5

3

4

4

4

3

3

5

2

2

nastavení - clock phase- CPHA = 0 6

1

1

7

LSB

LSB

8

nastavení polarita a fáze hodin (4 kombinace) MOSI výstup MISO - vstup CPHA = 0 při čtení nevýhoda - slave musí poskytnout data (MSB) na vodiči MISO ihned po /ss (slave select), s první hranou SCK se data vzorkují, s další hranou SCK se vysouvá další bit dat

SPI, komunikace s nastavením fáze CPHA = 0


4

SS (DO SLAVE)

MISO (ze slave)

MOSI (z master)

SCK (CPOL=1)

SCK (CPOL=0)

SCK CYKLUS

MSB

MSB

1

6

6

2

5

5

3

4

4

4

3

3

5

2

2

6

1

1

7

nastavení - clock phase- CPHA = 1

LSB

LSB

8

Slave i master poskytnou první data (MSB) až po první hraně hodin SCK, master i slave čtou MSB s druhou hranou hodin

SPI, komunikace s nastavením fáze CPHA =1


5

port

master 0 1 2

MOSI MISO SCK SS Udd

MOSI MISO SCK SS

SS

MOSI MISO SCK

SS

MOSI MISO SCK

slave 3

slave 2

slave 1

Připojení více jednotek slave na jeden master, výběr pomocí vstupu /ss , aktivace jednotlivých /ss - programově řízenými výstupy (není součástí rozhraní SPI). Např. u AT89S8252 ovládání pomocí pinů brány P1, P3,.. Vstup /ss - u slave, obdoba funkce /CS - chip select jako pamětí. Určení, s kterou jednotkou slave se komunikuje

SPI rozhraní, připojení jednotek slave


6

STM32 SPI 8 nebo 16 bit data možné navázat SPI na DMA ( Direct Memory Access)

SPI – STM32


7

SPI rozhraní NSS slave select slave mod - vstup

SPI rozhraní – implementace v STM32F100


8

Karty MMC, SD - možnost komnikace s rozhraním SPI, použití karet jako vnější paměti dat, adresace po sektorech 512 byte,

Paměti FLASH s rozhraním SPI např. M25P32 - 4 MByte, jako paměť dat, záznam, černá skříňka,

- emulace funkce SPI master - programově ovládanými piny brány, při programové implementaci signál SCK nemusí být synchronní ( nemusí mít konstantní periodou). Použití SPI - připojení vstupů. výstupů s posuvnými registry ( ´595), specializovaných obvodů, pamětí, připojení AD, DA převodníků s SPI, budiče LED, budiče relé, řadiče LCD,….

Vysílání MSB – typicky první, případně možnost volby LSB první 8 bitů dat (typicky), v často podpora i 16 bitů dat) rychlosti komunikace, frekvence SCK - programovatelná, SCK 1 až 10-ky MHz Možnost programové implementace rozhraní SPI, které nemají rozhraní SPI

SPI rozhraní - implementace


9

10

ISP – „in system programming“ uložení programu a dat do paměti v aplikaci. Často využito rozhraní SPI (uP ATMEL, AVR, Microchip,…) Další způsoby programování paměti FLASH- sériové rozhraní JTAG rozhraní Signály TDI, TDO, TCK, TMS, funkce ladění - On-chip Debug system JTAG obsahují ATmega 16, 32,..), C8051F020 (Silabs) ,všechny procesory s jádrem ARM, STM32,…. a většina nových uP, („JTAG – Emulator“) Dvoudičové ladicí rozhraní – SWD u ARM Cortec- M3, viz STM32VL Discovery U některých uP možnost programování ISP programu BOOT loader - viz dřívější výklad na před. Aktivace vnitřního programu „Boot loader“ na čipu po resetu při. spec. nastavení úrovní na pinech Boot loader aktivně komunikuje s rozhraním ( UART, SPI, CAN, USB,...) a programuje vnitřní paměť Funkce boot - možnost začít práci s uP bez specializovaného vybavení (emulátor, vývojový modul,..) pouze s vlastním procesorem STM32F100 Booat loader – na UART, STM32F105 Boot – UART, USB, CAN

Využití SPI a sériových rozhraní pro programování uP


Data v EEPROM - kalibrační data,... Možnost výrobní diagnostiky - naprogramování diagnostických programů, s ISP uvažovat při návrhu obvodu a desek plošných spojů a konektorů Varianty EEPROM – připojeny na uP, ale možnost programování i bezdrátověRFID technika (výroba STM), není nutnost elektricky připojovat

Naprogramování mikropočítače v obvodu: aktuálním kódem - program ve FLASH, kalibrační data, specifická data - jazyková lokalizace přístroje (varianty hlášení a textů), sériové číslo,…

Řada uP, možnost naprogramování interní FLASH prostřednictvím SPI ISP -“In - System Programming“ - programování paměti FLASH mikropočítače v obvodu

Programování paměti FLASH mikroprocesoru pomocí SPI


11

SCL vstup

SCL1 výst.

DATA vstup

DATA1 výst.

RP

SCLK VST.

SCL2 výst.

RP

DATA VST.

DATA2 výst.

SCL sériové hodiny

SDA sériová data

SCL

SDA

VDD +5V

Typ sběrnice- otevřený kolektor, připojení více obvodů, master - slave, možnost - multimaster.

Rozhraní - IIC bus, Inter Integrated Circuit Bus, původce, patent , firma Philips ( nyní NXP), označení také I2CBus, původní určení - spotřební elektronika (radio, TV, video,…)

Rozhraní IIC bus


12

SCL

SDA

SCL

SDA

0

data stabilní

změna dat 1

data stabilní

přenos bitů 0 a 1

změna dat při SCL = 0

data platná při SCL = 1

Frekvence SCL - max. 100 kHz, standard, 400 KHz fast, signál SCL nemusí být synchronní, není určen minimální frekvence (možnost asynchronní signál)

Změna stavu SDA při přenosu dat možná pouze při SCL = L

SCL - hodinový signál, generuje maste SDA - data, generuje master nebo slave

Rozhraní IIC bus - signály


13

SCL

SDA

S

start

P

stop

začátek a konec přenosu zprávy určuje master začátek přenosu - start, SDA spádová hrana při SCL = H konec přenosu - stop, SDA náběžná hrana při SCL = H

Rozhraní IIC bus- start, stop


14

1

0

adresace

0 1 0 0

0

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

ACK ze slave

SCL

SDA

start S R A W C K 0

zápis

LSB

data

A stop D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 C P K 1 0 1 0 1 1 0 0

MSB

potvrzení - ACK přijímajícím ( master, nebo slave)

přenos dat 8 bitů, ACK - slave, stop - master obvykle - přenosy více Byte

Příklad - přenos dat ACh z master do slave s adresou 50h adresace slave (7 bitů + příznak čtení/ zápis, ACK - potvrzení od slave,

Rozhraní IIC bus - potvrzení


15

S

adr.

slave

master

S

master čte ze slave

slave

master

master zapisuje do slave

adr.

W

R

ACK

ACK

ACK data

data

ACK

data

data

ACK

ACK

data

data

ACK

NOT ACK

P

P

Kombinovaný přenos - start - zápis, nový start (bez stop) čtení, konec- stop.

Po start a vyslání adresy obvodu - možný přenos dat pouze jedním směrem, čtení nebo zápis

Přenos vícebajtové zprávy po rozhraní IIC


16

Otázka: Popište způsob využití pinu vstupně -výstupní brány (která má ve výstupním režimu pouze PUSH – PULL mód) – pro komunikaci s rozhraním IIC bus.

Využití vstupně výstupních bran - úprava na režim emulace funkce otevřený kolektor - přepínání výstup - stav L, nebo vstup (viz přednášky dříve- využití obousměrného výstupu nebo třístavového výstupu jako výstupu s otevřeným kolektorem).

(příklad ADSP BF 533 pro nastavení obrazového senzoru CMOS)

Možnost programové emulace rozhraní IIC Bus v uP, které nemají IIC Bus,

Rozhraní IIC bus implementováno v řadě uP , i pod jinými názvy, např. TWI (Two Wire Interface) a další- z důvodu patentové ochrany.

IIC Bus, adresa i 10 bitová ( prefix + 3 horní bity adresy, pak 8 bitů adresy

Rozhraní IIC Bus, implementace


17

příjmu dat na DMA

Master i Slave mode

Rozhraní IIC v STM32


18

EEPROM s komunikací přes RFID, možnost konfigurovat data bez elektrického připojení M24LR64-R 64 Kbit EEPROM with password protection & dual interface:

STM32 možnost detekce vlastní adresy (7 nebo 10 bitové adresy), až 2 slave adresy podpora rychlosti přenosu s frekvencí SCL 100 kHz a 400 kHz

IIC – STM32


19

M24LR64-R 64 Kbit EEPROM with password protection & dual interface EEPROM s komunikací přes RFID, možnost zapisovat data přes RFID (bezdrátové) připojení, konfigurovat data bez elektrického připojení možnost nahrát konfigurační data, kódy, výrobní číslo,

EEPROM s IIC Bus a RFID


20

http://www.standardics.nxp.com/literature/books/i2c/pdf/smbus.specification.pdf SM Bus specifikace

http://www.standardics.nxp.com/literature/presentations/i2c/pdf/interface.solutions.pdf

AN10216-01 I2C MANUAL

„THE I 2C-BUS SPECIFICATION“

http://www.nxp.com/documents/application_note/AN10216.pdf

http://www.nxp.com/documents/other/39340011.pdf

IIC bus, princip funkce, použití

Další informace:

Příklad paměť 24C02, snímače teploty, obvody pro dohled v PC, obvody spotřební elektroniky, IO expandery, obvody RTC ( Real Time clock), IIC Busnastavení CMOS obrazových senzorů, viz senzory firem Kodak, Micron Aptina, ….)

Použití IIC Bus, mnoho integrovaných obvodů , obvodově nenáročné, pouze dva vodiče SCL, SDA,

Rozšíření a specifikace komunikace - SMBus - System Management Bus (firmy -Intel, Duracel,….) je nyní v každém PC.

Rozhraní IIC Bus, použití


21

A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,.. A438NVS, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha. J

Recommend Documents