Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,

Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,..

Přednáška A3B38MMP 2012 kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

1

Rozhraní SPI 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

MASTER

SLAVE MISO

8 bit pos. registr

8 bit pos. registr

MISO

MOSI MOSI

SPI hod. generátor

SCK

MOSI - Master Output Slave Input MISO - Master Input Slave Output SCK - serial clock SS - slave select A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

SCK +5V SS

SS

2

SPI, komunikace s nastavením fáze CPHA = 0 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 nastavení - clock phase- CPHA = 0 SCK cyklus

1

2

3

4

5

6

7

8

SCK (CPOL=0) SCK (CPOL=1) MOSI (z master) MISO (ze slave)

MSB

6

5

4

3

2

1

LSB

MSB

6

5

4

3

2

1

LSB

SS (do slave) A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

3

SPI, komunikace s nastavením fáze CPHA =1 Slave i master poskytnou první data (MSB) až po první hraně hodin SCK, master i slave čtou MSB s druhou hranou hodin nastavení - clock phase- CPHA = 1 SCK CYKLUS

1

2

3

4

5

6

7

8

MSB

6

5

4

3

2

1

LSB

MSB

6

5

4

3

2

1

LSB

SCK (CPOL=0) SCK (CPOL=1) MOSI (z master) MISO (ze slave) SS (DO SLAVE)

Více informací – též. popis AT89S8252, AT89C51RC2, ADuC843 ( všechny obsahují rozhraní SPI) A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

4

SPI rozhraní, připojení jednotek slave 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 – „slave select“ u slave, obdoba funkce /CS – „chip select“ jako pamětí. Funkce - určení, s kterou jednotkou slave se komunikuje Výběr /SS - progr. ovládanými piny výst. brány (není součástí řešení SPI) MOSI MISO SCK

MOSI MISO SCK SS Udd

master

port


SS MOSI MISO SCK

0 1 2

slave 1

slave 2

SS MOSI MISO SCK SS

slave 3

5

SPI rozhraní - implementace Rozhraní SPI – ve většině moderních jednočipových mikropočítačů rychlosti komunikace, frekvence SCK - programovatelná, 1- ky MHz, u některých uP frekvence SCK až 10 - ky MHz Vysílání MSB typicky jako první, (případně možnost volby LSB první) 8 bitů dat ( typicky), v některých uP možnost i 16 bitů dat) Možnost programové implementace rozhraní SPI u uP, které nemají rozhraní SPI integrováno na čipu - emulace funkce SPI master - programově ovládanými piny brány, při programové implementaci signál SCK nemusí být synchronní ( nemusí mít konstantní periodou). Mikropočítače s rozhraním SPI – možnost funkce jako „Master“ i jako „Slave“ využití pro přenos dat mezi mikropočítači Častější využití – Mikropoč. S rozhraním SPI – funkce jako master, Periferní a další programovatelné obvody- funkce jako slave


6

SPI rozhraní - využití Použití SPI - připojení vstupů. výstupů s posuvnými registry ( ´595), specializovaných obvodů, pamětí, připojení AD, DA převodníků s SPI, budiče LED, budiče relé, řadiče LCD,…. Paměti FLASH typu NOR s rozhraním SPI např. M25P32 - 4 MByte, jako paměť dat, záznam, černá skříňka, Paměti EEPROM ( 25C256,….) Karty MMC, SD - možnost komunikace s rozhraním SPI, použití karet jako vnější paměti dat, adresace po sektorech 512 byte, Modifikací chování SPI ( CPHA = 1 nebo 0 , CPOL = 0 nebo 1) – možnost přizpůsobení pro spolupráci s různými posuvnými registry (sériově - paralelní pos. reg. jako výstupy – viz. cvičení připojení LED paralelně – sériový pos. reg. – jako vstupy , např. čtení tlačítek


7

Programování paměti FLASH mikroprocesoru pomocí SPI Řada uP, možnost naprogramování interní FLASH prostřednictvím SPI ISP -“In - System Programming“ - programování paměti FLASH mikropočítače v obvodu Naprogramování mikropočítače v obvodu: aktuálním kódem - program ve FLASH, kalibrační data, specifická data - jazyková lokalizace přístroje (varianty hlášení a textů), sériové číslo,…

Data v EEPROM - kalibrační data,... Možnost výrobní diagnostiky - naprogramování diagnostických programů, s ISP uvažovat při návrhu obvodu a desek plošných spojů a konektorů


8

Programování paměti FLASH AT89S8252 pomocí SPI Držet reset na Ucc, SPI je v slave módu, - nutný krystal nebo vnější hodinový sig. na vstup XTAL1 ( 3 až 24 M Hz) MOSI ( na P1.5) je vstupem, M ISO (na P1.6) je výstupem, SCK ( na P1.7) je vstupem, Signály MOSI, MISO, SCK v master a slave módu zůstávají na stejných pinech, pouze se mění jejich funkce z hlediska směru toku signálu - změna výstup signálu na vstup signálu Možnost programovat FLASH (code) i EEPROM (xdata)


9

Příkazy ISP programování AT89S8252 pomocí SPI Code memory- paměť programu CODE, data memory - paměť EEPROM ISP pomocí SPI - programování nového i již naprogramovaného čipu Pozor na lock bity - u některých uP - možnost totálně zamknout procesor pro ISP, řešení - pouze paralelní programování ???(plošný spoj) !!!


10

ISP pomocí SPI rozhraní v mikropočítačích ISP funkce, In- System Programming – programování paměti mikropočítače již zabudovaného v systému, různé způsoby, jeden ze způsobů využitím SPI

u uP firmy Atmel, v označení písmeno S AT89S8252, AT89S8253, AT89S2051, (SPI rozhraní pro ISP funkci) AT90S8515 - řada AVR možnost ISP , i když není použito S např. - AT89C51RC2,… ATmega32 U některých uP- možnost programování doplňkové informace User Signature u AT89S2051 - 32 Byte pro doplňkové uživatelské informace označení uživatele, možnost naprogramování výrobního čísla přístroje, informace pro sledování výrobku,… Obdoba funkce „User Signature“ i u jiných uP


11

Programování typu -ISP s využitím funkce BOOT loader U některých uP možnost programování ISP využitím UART a prog. BOOT loader ( AT89C51 RC2,…), Aktivaced programu „Boot loader“ na čipu spec. sekvencí, program - boot loader aktivně komunikuje s rozhraním ( UART,..) a programuje vnitřní paměť Aktivace boot mode - u AT89C51RC2,. ADuC843,…, signál ALE přes rezistor na GND, reset, uvolnit ALE, spec. program pro PC ( Atmel Flip,…) uP řady ARM - STR750, STM32, LPC2105, LPC2148,.. AT91SAM7S64 - interní boot loader, možnost boot pomocí UART, někdy CAN, USB, … Funkce boot - možnost začít práci s uP bez specializovaného vybavení (emulátor, vývojový modul,..) pouze s vlastním procesorem - viz použití AT89C51RC2 předmětu X38PRM a procesoru STM32 v předmětu X38PMM na kat. měření ČVUT - FEL 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, alternativy místo JTAG – jedno - a dvou - vodičová ladicí rozhraní ( různé firemní varianty) A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

12

SPI rozhraní – využití pro „ boot“ SPI rozhraní pro boot programu z externí paměti Flash např. signálové procesory ADSP BF 533 Blackfin

Procesory Cy7c68013A, TUSB 6250 ( 8051 + high speed USB) není technologicky možná Flash na čipu, pouze SRAM – boot programu z externí paměti EEPROM (24C256) s rozhraním IIC bus do interní programové paměti SRAM v mikropočítači


13

Připojení řadiče emulovaným rozhraním sběrnice Připojení programovatelných řadičů PPI 8255, 8253,. řadič Ethernet, řadič CAN,….standardně na sběrnici mikropočítače ? je možno použít čítače / časovače 8253 s obvodem AT89C2051, který nemá vyvedenu sběrnici? ANO Programová emulace sběrnice pomocí brány P1 a pinů z brány P3, programová emulace funkce signálu /RD, /WR, adresy A1, A0 pomocí pinů brány Jeden cyklus zápisu nebo čtení - potřeba více instrukcí, pozor- změna směru brány- vstupní- výstupní mód Pozn. pozor AT89C2051 na P1.0 a P1.1 přidat pull up rezistory

Příklad - připojení ext. řadiče Ethernet k ARM7 typu LPC2114, viz, aplik. nota firmy NXP


14

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

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

RP

VDD +5V

RP

SDA

SCL SCL1 výst.

DATA 1 výst.

SCL2 výst.

DATA 2 výst. SDA sériová data SCL sériové hodiny

SCL vstup

DATA vstup

SCLK VST.


DATA VST. 15

Rozhraní IIC bus - signály SCL - hodinový signál, generuje master SDA - data, generuje master nebo slave Změna stavu SDA při přenosu dat možná pouze při SCL = L Frekvence SCL - max. 100 kHz, standard, 400 KHz fast, signál SCL nemusí být synchronní, není určen minimální frekvence (možnost asynchronní signál)

SDA

data platná při SCL = 1 změna dat při SCL = 0

SCL data stabilní

změna dat

0 SDA

data stabilní

1 přenos bitů 0 a 1

SCL A3B38MMP, 2012, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

16

Rozhraní IIC bus- start, 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

SDA

start

stop

SCL S


P

17

Rozhraní IIC bus - potvrzení Příklad - přenos dat ACh z master do slave s adresou 50h adresace slave (7 bitů + příznak čtení/ zápis, ACK - potvrzení od slave, přenos dat 8 bitů, ACK - slave, stop - master obvykle - přenosy více Byte potvrzení - ACK přijímajícím (master, nebo slave)

zápis start S SDA

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1

0

1 0

0

0

0

R A W C K 0

MSB

LSB

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

SCL ACK ze slave adresace


data

18

Přenos vícebajtové zprávy po rozhraní IIC Po start a vyslání adresy obvodu - možný přenos dat pouze jedním směrem, čtení nebo zápis Kombinovaný přenos - start - zápis, nový start (bez stop) čtení, konec- stop. master zapisuje do slave master

S

adr.

W

slave

data ACK

data ACK

data ACK

P ACK

master čte ze slave master slave

S

adr.

R

ACK ACK data


NOT ACK

ACK data

P

data

19

Rozhraní IIC Bus, implementace Rozhraní IIC bus implementováno v řadě uP , i pod jinými názvy, např. TWI (Two Wire Interface) a další- z důvodu patentové ochrany. Možnost programové emulace rozhraní IIC Bus v uP, které nemají IIC Bus, využití vstupně výstupních bran - úprava na režim emulace funkce otevřený kolektor - přepínání výstup - stav L, nebo vstup. U AT89S8252 možno využít piny přímo - standardní funkce otevřený kolektor.


20

Rozhraní IIC Bus, použití

Rozšíření a specifikace komunikace - SMBus - System Management Bus (firmy -Intel, Duracel,….) je nyní v každém PC. Použití IIC Bus, mnoho integrovaných obvodů , obvodově nenáročné, pouze dva vodiče SCL, SDA, 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, ….) Další informace: IIC bus, princip funkce, použití http://www.standardics.nxp.com/literature/presentations/i2c/pdf/interface.solutions.pdf

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


21

Převodníky A/D, D/A Dle folií a výkladu na přednášce a monografie: Vedral, Fischer: Elektronické obvody v měřicí technice Rozhraní RS232, úrovně Sběrnicově kompatibilní převodníky A/D a D/A Převodníky s dvojnásobným bufferováním, použítí ve vícebitových převodnících D/A a ve vícekanálových převodnících D/A. Zarovnání dat doleva, zarovnání dat doprava u převodníku A/D

http://measure.feld.cvut.cz/cs/vyuka/predmety/x38mip Informace ke zkoušce http://measure.feld.cvut.cz/vyuka/predmety/x38mip/zkouska


22

Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,

Recommend Documents