精品文檔-下載后可編輯SPI總線在XF-S4240與MCS51通信中的設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

同步外設(shè)接口（SPI）是由摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)的全雙工同步串行總線，該總線大量用在與EEPROM、ADC、FRAM和顯示驅(qū)動(dòng)器之類(lèi)的慢速外設(shè)器件通信。SPI（SerialPeripheralInterface）是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI接口由SDI（串行數(shù)據(jù)輸入），SDO（串行數(shù)據(jù)輸出），SCK（串行移位時(shí)鐘），CS（從使能信號(hào)）四種信號(hào)構(gòu)成，CS決定了的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如沒(méi)有CS信號(hào)，則只能存在一個(gè)從設(shè)備，主設(shè)備通過(guò)產(chǎn)生移位時(shí)鐘來(lái)發(fā)起通訊。通訊時(shí)，數(shù)據(jù)由SDO輸出，SDI輸入，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升或下降沿由SDO輸出，在緊接著的下降或上升沿由SDI讀入，這樣經(jīng)過(guò)8/16次時(shí)鐘的改變，完成8/16位數(shù)據(jù)的傳輸。

本文介紹的C51軟件模擬實(shí)現(xiàn)SPI通信接口的方法，編程簡(jiǎn)單，有效降低了系統(tǒng)的成本。該方法已在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中得到了驗(yàn)證。

1語(yǔ)音模塊XF-S4240

XF-S4240語(yǔ)音合成模塊是一款高端中文語(yǔ)音合成模塊。該模塊可通過(guò)UART、SPI和I2C三種接口接收待朗讀的文本，將文本轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音輸出，具有非常好的文本朗讀效果。模塊采用COB（ChipOnBoard）封裝，可方便的集成到需要中文語(yǔ)音合成功能的嵌入式設(shè)備之中。此模塊面向無(wú)法利用軟件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音合成的嵌入式應(yīng)用環(huán)境提供一套效果卓越的語(yǔ)音技術(shù)解決方案。

XF-S4240語(yǔ)音模塊封裝成16引腳形式，其13~16腳就是SPI通信接口。

其命令格式由幀頭、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)3部分組成。如要合成"歡迎您參觀莫高窟。",只需對(duì)模塊發(fā)送格式為GB2312的文本代碼：

其中0xFD為幀頭，0x00為數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度的高字節(jié)，0x14為數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度的低字節(jié)（注意：長(zhǎng)度字節(jié)為合成代碼字節(jié)長(zhǎng)+2），0x01為語(yǔ)音合成命令，0x00為GB2312的命令碼。0xBB、0xB6為"歡"的GB2312碼，0xD3、0xAD為"迎"的G132312碼……0xA1、0xA3為"."的GB2312碼。

2XF-S4240的SPl通信方式

2.1XF-S4240的SPI通信說(shuō)明

XF-S4240模塊的SPI接口是4線全雙工同步串行通信接口。模塊在SPI通信中設(shè)置為Slave身份，SPI通信所需的時(shí)鐘信號(hào)由上位機(jī)提供，即上位機(jī)作為SPI通信中的Master身份，傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)為8位。

圖1是SPI通信的時(shí)序。SPI通信屬于同步串行通信。在與模塊的通信中，上位機(jī)將提供SCK同步時(shí)鐘信號(hào)。在SCK的上升沿，模塊和上位機(jī)同時(shí)鎖存1位數(shù)據(jù)，每傳輸8位數(shù)據(jù)完成1字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸。使用SSEL選擇使能信號(hào)，是為了方便用戶在SPI通信接口上掛接多個(gè)XF-S4240板卡（或其他SPI接口的設(shè)備）。在與選定的XF-S4240板卡通信時(shí)，要將此設(shè)備的SSEL置為低電平，否則無(wú)法正常通信。

在本項(xiàng)目中，單片機(jī)是主設(shè)備，語(yǔ)音模塊是從設(shè)備。主模式的顯著特征是：不論是發(fā)送還是接收，始終有SPI-CLK信號(hào)，SPISTE信號(hào)不是必需的。因?yàn)镾PI串口只能有1片主機(jī)，因而不存在主機(jī)選擇問(wèn)題，而且主模式下，同步時(shí)鐘SPICLK應(yīng)由主機(jī)提供。

2.2SPI通信的工作原理

要模擬SPI接口的工作過(guò)程，必須先了解SPI通信的工作原理。

在主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，直接將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)到主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器SPIDAT.這個(gè)寫(xiě)操作就自動(dòng)地啟動(dòng)了主機(jī)的發(fā)送過(guò)程，即在同步時(shí)鐘SPICLK的節(jié)拍下將SPIDAT的內(nèi)容按位送到引腳SPISIMO上。經(jīng)過(guò)8位時(shí)鐘周期完成1字節(jié)的發(fā)送。當(dāng)SPIDAT的內(nèi)容移送完畢時(shí)，硬件將置一個(gè)中斷標(biāo)志SPIINTFLAG,通知主機(jī)這個(gè)數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢。

對(duì)于從機(jī)，在同步時(shí)鐘SPICLK的作用下，將引腳SPISI-MO上的數(shù)據(jù)按位接收到移位寄存器SPIDAT.當(dāng)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊接收完畢后，將置一個(gè)中斷標(biāo)志SPIINTFLAG,通知從機(jī)這個(gè)數(shù)據(jù)塊接收完畢；同時(shí)將這個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容復(fù)制到從機(jī)的SPI數(shù)據(jù)接收寄存器SPIRXBUF中，并進(jìn)行右對(duì)齊。SPI通信中主機(jī)和從機(jī)的連接如圖2所示。

3軟件模擬SPI接口的實(shí)現(xiàn)

3.1XF-S4240語(yǔ)音模塊與單片機(jī)的連接

本設(shè)計(jì)中，AT89C51的SCI接口已被RFID讀卡模塊WM-01TA占用，由于AT89C51不帶有SPI接口，需要用I/O口模擬實(shí)現(xiàn)SPI接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與XF-S4240的通信。為了保持電路與AT89S8252電路的一致性，在AT89C51的P1口（其中的P1.4~P1.7）上擴(kuò)展了SPI接口。

SS（P1.4）：從使能輸入腳，低電平有效。

MOSI（P1.5）：主數(shù)據(jù)輸出或從數(shù)據(jù)輸入腳。

MISO（P1.6）：主數(shù)據(jù)輸入或從數(shù)據(jù)輸出腳。

SCK（P1.7）：主時(shí)鐘輸出或從時(shí)鐘輸入腳。

CS（P1.1）：片選。

RST（P1.0）：語(yǔ)音模塊復(fù)位。

XF-S4240與單片機(jī)的連接如圖3所示。

3.2虛擬SPI通信的軟件模擬流程及驗(yàn)證

虛擬與SPI流程如圖4所示。

虛擬SPI通信程序及驗(yàn)證如下：利用此SPI通信子程序，實(shí)現(xiàn)了需要的語(yǔ)音合成功能。結(jié)語(yǔ)