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1、SPI总线在51单片机系统中的实现习SPI总线在51单片机系统中的实现一个完整的单片机系统,通常包括键盘输入,显示输出,打印输出,数据采集等许多功能模块.这些功能模块一般是通过I/0端13实现与单片机的数据交换,但是单片机的I/O端口有限,且一般用来处理数字信号,从而产生了总线式传输模式.现在大多数单片机都是传统的三总线结构,即地址,数据,控制三总线.由于方便控制,三总线得到广泛的应用.但是作为并行总线,它也有一定的局限性.不适合远距离的传输.与I/0口的数目存在矛盾.随着电子技术的进步,发展出很多新的总线接口,如
2、USB,FC,CAN,SPI,1一Wire等.这些总线的特点都是串行接口,只需要几根甚至一根线就可以实现数据的传输.本文通过对支持SPI总线的AD器件MAX189性能分析,简要介绍了SPI总线在单片机系统中如何应用,并利用其制作一款简易的电压表.SPI(SerialPeripheralInterface)是MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式.因其硬件功能强大而被广泛应用.在单片机组成的智能仪器和测控系统中.如果对速度要求不高,采用SPI总线模式是个不错的选择.它可以节省I/0端口,提高外设的数目和系统的性能
3、.标准SPI总线由四根线组成:串行时钟线(SCK),主机输入/从机输出线(MISO).主机输出/从机输入线(MOSI)和片选信号(CSo有的SPI接口芯片带有中断信号线或没有MOSI.图1给出了SPI的典型时序图.SPI主要性能如下:☆全双工,三线同步传输☆四种可编程主机位速率☆可编程串行时钟极性与相位☆发送结束中断标志☆写冲突保护☆总线竞争保护MAX189是美国美信公司设计的一种12位串行A/D转换器.其内部集成了大带宽跟踪/保持电路和串行接口.转换速率高,功耗低,精度高.并且有SPI,Microwire和TMS
4、320兼容的4线串行接口,与微处理器接口.只需要很少的口线,很节约资源.MAX189的特点☆三线高速串行接1:3,12位分辨率☆8.5us逐次逼近型ADC☆单一5V工作电压,工作电流1.5mA.关断电流2uA◆万江☆0—5v模拟输入电压范围☆使用片外时钟源☆外置参考电压☆内部跟踪/保持电路,75ksps采样速率☆1/2LSB整体非线性度MAX189的时序如图2,表1给出了MAX189引脚功能.垂.麓利用)c1§作i妻蕊麓埸电压表实例照誊譬该简易电压表电路采用不带SPI接口的AT89C2051单片机,其指令系统与51
5、系列完全兼容.可以通过软件模拟SPI时序,包括串行时钟.数据输入和输出.来实现对A/D器件MAX189的操作.所测电压经过单片机的处理,采用三个七段数码管显示.采用SN74LS164SOK厂]『_]一～.一厂]厂]OSl二=>:)<二二)(1)鹆位发数据收数据低位扩展I/0口.MAX189的2脚为待测模拟电压输入端.图3是简易电压表的原理图,其中A为数码管显示电路,B为A/D转换部分电路.SLK表1MAX189引脚功能■_盟_一1VCC:电i曝霸l入每S静%)2AlN模拟电压输入端.lo0Ffl~Fo3
6、S}三电平关I弼输入端低电平美断..4REF用与模拟信号的基准电压端,使肿卜部摹准源是i用作输入.5GND模拟和数孛地j一一6DOUT串行数捶§输出端_数据在Ik的下降沿输出.7cS片选,f氐电平有效§8SCLK串行时钟输入端(最大H罨).?57,MAX189可以工作在两种模式下.即普通状态和关断状态.如果将SHDN置低电平.器件处于美断状态,电流小于10uA.当把SHDN置高电平或悬空.器件就可以被操作.此时,CS在时钟下降沿启动转换.在时钟SCLK的每一个上升沿把一个最高位为"1"的控制宇节的各位送入输入移位寄
7、存器.并启动串行时钟.开始将输入电压值逐次逼近转换.它用输入跟踪/保持IT/H)和12位逐次逼近寄存器【SAR)构成的电路系统将模拟信号转换成12位数宇信号输出.T/H电路不需要外部保持电容.输出数据按照高位在前.低位在后的顺序.在12个SCLK的每一个下降沿决定逐次逼近的各位并将数据送到Dout端.每一位转换结束后Dout由低电平变为高电平.(转换过程中不能对SCLK操作)按照时序要求.每输入一个【移位)脉冲.下降沿取出一位数据.单片机读取并做处理.读出12位数据后.可以开始下一次转换.AT89C2051的串行端
8、口处于模式0.数据的发送和接收都是通过RXD引脚【这里只用来发送数据).TXD则负责送出移位脉冲.其数据位由LSB开始发送/接收8个位.波特率固定为fosc/12.SN74LS164负责接收串行13发送的数据.在传输8个位后.其将数据并行送出驱动数码管.显示所测电压值.该电压表小巧,方便,精度高.程序运行比较稳定.误差在0.01V数量级.(感谢在设计过程中司
