Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,

Přednáška 14 X38MIP -2009, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,..

X38MIP - 2009, kat. měření, ČVUT - FEL

1

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


2

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


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

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


4

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


5

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

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


6

MISO/P1.6

SERIAL D ATA OUTPUT

MOSI/P1.5

SERIAL D ATA INPUT

SCK/P1.7

SERIAL CLOCK INPUT

MSB

MSB

7 6

5

4 3

2 1

LSB

LSB

0

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)

Programování paměti FLASH AT89S8252 pomocí SPI


7

Pozor na lock bity - u některých uP - možnost totálně zamknout procesor pro ISP, řešení - pouze paralelní programování ???(plošný spoj) !!!

Code memory- paměť programu CODE, data memory - paměť EEPROM ISP pomocí SPI - programování nového i již naprogramovaného čipu

Příkazy ISP programování AT89S8252 pomocí SPI


8

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

ISP funkce, u uP firmy Atmel, v označení písmeno S AT89S8252, AT89S8253, AT89S2051, SPI rozhraní AT90S8515 - řada AVR možnost ISP , i když není použito S např. - AT89C51RC2,… ATmega32

ISP pomocí SPI rozhraní v mikropočítačích


9

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 JTAG - dvou vodičové ladicí rozhraní ( různé firemní varianty)

U některých uP možnost programování ISP využitím UART a programu 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

Programování typu -ISP s využitím funkce BOOT loader

10


SPI rozhraní vysílání MSB typicky první, případně možnost volby LSB první 8 bitů dat ( typicky), v některých uP možnost i 16 bitů dat) rychlosti komunikace, frekvence SCK - programovatelná, 1 MHz, u některých uP frekvence SCK až 10 - ky MHz 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). 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 s rozhraním SPI např. M25P32 - 4 MByte, jako paměť dat, záznam, černá skříňka, Karty MMC, SD - možnost komnikace s rozhraním SPI, použití karet jako vnější paměti dat, adresace po sektorech 512 byte,

SPI rozhraní - implementace

11


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

Pozn. pozor AT89C2051 na P1.0 a P1.1 přidat pull up rezistory

pozor- změna směru brány- vstupní- výstupní mód

Jeden cyklus zápisu nebo čtení - potřeba více instrukcí,

Programová emulace sběrnice pomocí brány P1 a pinů z brány P3, programová emulace funkce signálu /RD, /WR, adresy A1, A0 pomocí pinů brány

? je možno použít čítače / časovače 8253 s obvodem AT89C2051, který nemá vyvedenu sběrnici? ANO

Připojení programovatelných řadičů PPI 8255, 8253,. řadič Ethernet, řadič CAN,….standardně na sběrnici mikropočítače

Připojení řadiče emulovaným rozhraním sběrnice

12


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

13


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

14


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

15


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

16


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

17


U AT89S8252 možno využít piny přímo - standardní funkce otevřený kolektor.

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.

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

Rozhraní IIC Bus, implementace

18


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

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 IICBus, 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

19


http://measure.feld.cvut.cz/vyuka/predmety/x38mip/zkouska

Informace ke zkoušce

http://measure.feld.cvut.cz/cs/vyuka/predmety/x38mip

Zarovnání dat doleva, zarovnání dat doprava u převodníku A/D

Převodníky s dvojnásobným bufferováním, použítí ve vícebitových převodnících D/A a ve vícekanálových převodnících D/A.

Sběrnicově kompatibilní převodníky A/D a D/A

Rozhraní RS232, úrovně

Dle folií a výkladu na přednášce a monografie: Vedral, Fischer: Elektronické obvody v měřicí technice

Převodníky A/D, D/A

20


Rozhraní mikrořadiče, SPI, IIC bus,

Recommend Documents