基于avr单片机spi的串行adc接口设计

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1、基于AVR单片机SPI的串行ADC接口设计本文所进行是为提高ADC转换的精度、加快工作速度的研究，主要介绍AVR单片机的SPI与MAX187的接口设计，提供了软件编程实现。1、AVR单片机的SPI接口SPI（SerialPeripheralInterface---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，广泛应用于各种工业控制领域。基于此标准，SPI系统可以直接于各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口。SPI接口通常包含有4根线：串行时钟（SCK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线

2、（MOSI）和低电平有效的从机选择线SS。在从机选择线SS使能的前提下，主机的SCK脉冲将在数据线上传输主/从机的串行数据。主/从机的典型连接图如图（1）所示：图（1）主/从机的连接图串行外设接口SPI允许ATmega16和外设之间进行高速的同步数据传输。ATmega16SPI的特点如下：全双工，3线同步数据传输，主/从机操作，LSB首先发送或MSB首先发送，7种可编程的比特率，传送中断结束，写碰撞标志检测，可以从闲置模式唤醒，作为主机时具有双速模式（CK/2）。如图（2）所示，系统包括两个移位寄存器和一个主时钟发生器。通过将需要的从机的SS引脚拉低，主机启动一次通信

3、过程。主机和从机将需要的数据放到相应的移位寄存器，主机在SCK引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据从MOSI移出，从从机MISO移入。从机的数据从MISO移出，从从机MOSI移入。主机通过将从机的SS拉高实现与从机的同步。图（2）SPI主机-从机的互连下面将介绍SPI的几个特殊寄存器：1.1SPI的控制寄存器—SPCRSPIE为SPI中断使能，置位后，只要SPSR寄存器的SPIF和SREG寄存器的全局中断使能位置位，就会引发SPI中断。SPE置位将使能SPI，DORD置位时数据的LSB首先发送；否则数据的MSB首先发送。MSTR置位时选择主机模式，否则为从机。CP

4、OL置位表示空闲SCK为高电平；否则空闲时SCK为低电平。CPHA决定数据是在SCK的起始沿采样还是在SCK的结束沿采样。通过对SPR1、SPR0进行设计，确定主机的SCK速率。1.2SPI的状态寄存器—SPSRSPIF为中断标志位，串行发送结束后，SPIF置位。若此时寄存器SPCR的SPIE和全局中断使能位置位，SPI中断即产生。进入中断例程后SPIF将自动清零。在发送当中对SPI数据寄存器SPDR写数据将置位WCOL，SPI2X置位后SPI的速度加倍。1.3SPI的数据寄存器—SPDRSPDR数据寄存器为读/写寄存器，用来在寄存器文件SPI移位寄存器之间传输数据。

5、写寄存器将启动数据传输，读寄存器将读取寄存器的接收缓冲器。SPI系统的发送方向只有一个缓冲器，而在接收方向有两个缓冲器。也就是说，在发送时一定要等到移位过程全部结束后才能对SPI数据寄存器执行写操作。而在接收数据时，需要在下一个字符移位过程结束之前通过访问SPI数据寄存器读取当前接收到的字符。否则第一个字节将丢失。在本设计中所使用的串行ADC芯片，选用了MAXIM公司MAX187。在AVR单片机SPI主机的控制下，完成对MAX187转换后的数据读操作。2、MAX187的介绍MAX187是美信公司推出的12位A／D转换芯片，内部含有采样／保持电路，单5V操作电源，转换速

6、度为8．5μs，具有片上4．096V参考电压，模拟量输入范围为0～VBEF。三线串行接口，兼容SPI，QSPI，MicroWire总线。MAX187用采样／保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，其采样／保持电路不需要外接电容。MAX187有2种操作模式：正常模式和休眠模式，将置为低电平进入休眠模式，这时的电流消耗降到10μA以下。置为高电平或悬空进入正常操作模式。完整的操作时序如图（3）所示。使用内参考时，在电源开启后，经过20ms后参考引脚的4．7μF电容充电完成，可进行正常的转换操作。A/D转换的工作过程是：当为低电平时，在下降沿MAX1

7、87的T／H电路进入保持状态，并开始转换，8．5μs后DOUT输出为高电平作为转换完成标志。这时可在SCLK端输入一串脉冲将结果从DOUT端移出，读入单片机中处理。数据读取完成后将置为高电平。要注意的是：在置为低电平启动A/D转换后，检测到DOUT有效（或者延时8.5μs以上），才能发SCLK移位脉冲读数据，SCLK至少为13个。发完脉冲后应将置为高电平。图（3）SPI/Microwire串行接口时序图(CPOL=CPHA=0)3、串行ADC接口设计与实现MAX187电源需要加去耦合电容，常见的方法是用一个4．7μF电容和一个0．1μF电容并联。为保