基于FPGA与单片机的SPI接口的实现

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1、·32·工业仪表与自动化装置2010年第2期基于FPGA与单片机的SPI接口的实现赵新雨，许忠仁，付贵增，朱文伟(辽宁石油化工大学信息工程学院，辽宁抚顺113001)摘要：SPI接12技术是一种高速高效率的串行接12技术，主要用于扩展外设及其数据交换，已经作为一种配置标准。该文在QuartuslI开发环境下采用VHDL语言和在KEIL开发环境下采用C语言实现了FPGA和8051之间的SPI总线接口通信功能，经过仿真、下载调试，验证了设计方案的可行性及有效性。关键词：FPGA；单片机；串地外设接口中图分类号：TP368．1文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)02—0

2、032—02ThedesignofSPIinterfaceeonneetionbasedonFPGAandMCUZHAOXinyu，XUZhongren，FUGuizeng，ZHUWenwei(CollegeofInfoEngunderLiaoningPeterochemicalUniversity，t．~oningF~hun113001，China)Abstract：TheSPIinterfacingisahighspeedandefficiencyserialinterfacetechnique，mainapplica—tionexpandexteriordeviceandex

3、changingdata，ithasbeenanconfigurationstandards．Keywords：FPGA；MCU；serialperipheralinterface(SPI)管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正0引言是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片在数字技术高速发展的今天，有许多芯片被用集成了这种通信协议。SPI是一个环形总线结构，作数据交换的核心器件，以起到承上启下数据交换由ss(cs)、SCK、SDI、SDO构成，其时序其实很简的枢纽作用。FPGA即现场可编程门阵列，由于其单，主要是在SCK的控制下，两个双向移位寄存器运行速度快且具有可编

4、程的灵活性，现在已经成为进行数据交换。SPI主要特点有：可以同时发出和EDA设计的主要逻辑器件。SPI接口技术是一种高接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率速高效率的串行接口技术，主要用于扩展外设和进可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线行数据交换，在许多高档的单片机中，已经作为一种竞争保护等。配置标准。如A9S8252、ADuC812等等，使工程2系统硬件结构技术人员在设计系统时具有更大的灵活性，因而受到工程技术人员的欢迎。但像MCS51系列、MCS96系列等应用非常广泛的单片机并不带SPI接口，这样就限制了在这些系统中使用带SPI接口的器件。该文将用软件模拟SP

5、I接口时序的方法来实现MCU与FPGA之间的数据交换。1SPI总线接口概述SPI(SerialPeripheralInte血ce——串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。SPI在芯片的管脚上只占用4根线，节约了芯片的收稿日期：2009—03—18作者简介：赵新雨，硕士研究生，研究方向为自动化仪表，智能仪器等。图1FPGA与MCU接口硬件连接2010年第2期工业仪表与自动化装置·33·unsignedchari；主机从机Imemo~lSCLKImemo~lf0r(i-0；i<8；i++)10I1l2I3I4l5I6l7卜M

6、OSI．10l1l2l3I4I5I6l7I{▲hⅡSOISPICS：0：K—OM∞{35{：3j{3一nop一()；图2工作模式SPI_sk=0；该设计FPGA采用ALTERA公司IData<<=1：EPM3064ALC44—4芯片与STC89LE52芯片进行一nop一()；SPI接口通信试验。由于FPGA具有丰富的引脚资SPIsi=CY；K凹。{3K{3—，OO源，且EPM3064A的核电压是3．3V，STC89LE52的一nop一()；输出电压也是3．3V，所以任选3064A四个I／，O与SPIsk=1：3—单片机4个I／O口连接即可，若连接在单片机的P0一nop一()；口时需

7、要加上拉电阻。在这里将SS(Cs)、SCK、}SDI、SDO分别如图1所示连接。其中单片机做主}机，FPGA做从机，工作模式如图2所示。unsignedcharRead—Byte(ucharAdress)另外，若一个单片机与多个FPGA也可以组成读函数SPI的菊花链配置，如图3所示。{unsignedcharcount，i；Write—Byte(0x03)；Write—Byte(Adress)；for(i=0；i<8；i++){SPIsk=1：—count<<=1：S