1、第八章 串行通信接口SCI與串行外設(shè)接口SPI,主要內(nèi)容 串行通信基本知識(shí)概要 SCI的外圍硬件電路與基本編程原理 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu) 串行通信編程實(shí)例 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,8.1.1 基本概念 （）異步串行通信的格式 SCI通常采用NRZ數(shù)據(jù)格式，即：standard non-return-zero mark/space data format，譯為：“標(biāo)準(zhǔn)不歸零傳號(hào)/空號(hào)數(shù)據(jù)格式”?！安粴w零”的最初含義是：用正、負(fù)電平表示二進(jìn)制值，不使用零電平。“mark

2、/space”即“傳號(hào)/空號(hào)”分別是表示兩種狀態(tài)的物理名稱，邏輯名稱記為“1/0”。下圖給出了 8位數(shù)據(jù)、無(wú)校驗(yàn)情況的傳送格式。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,（2）串行通信的波特率,波特率（baud rate）：每秒內(nèi)傳送的位數(shù)。 波特率單位是位/秒，記為bps。通常情況下，波特率的單位可以省略。通常使用的波特率有300、600、900、1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,字符奇偶校驗(yàn)檢查（character parity checking）稱為垂直冗余檢查（ ver

3、tical redundancy checking，VRC），它是每個(gè)字符增加一個(gè)額外位使字符中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。 奇校驗(yàn)：如果字符數(shù)據(jù)位中“1”的數(shù)目是偶數(shù)，校驗(yàn)位應(yīng)為“1”，如果“1”的數(shù)目是奇數(shù)，校驗(yàn)位應(yīng)為“0”。 偶校驗(yàn)：如果字符數(shù)據(jù)位中“1”的數(shù)目是偶數(shù)，則校驗(yàn)位應(yīng)為“0”，如果是奇數(shù)則為“1”。,（3）奇偶校驗(yàn),嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,單工（Simplex）：數(shù)據(jù)傳送是單向的，一端為發(fā)送端，另一端為接收端。這種傳輸方式中，除了地線之外，只要一根數(shù)據(jù)線就可以了。有線廣播就是單工的。 全雙工（Full-duplex）：數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同

4、時(shí)接收與發(fā)送數(shù)據(jù)。這種傳輸方式中，除了地線之外，需要兩根數(shù)據(jù)線，站在任何一端的角度看，一根為發(fā)送線，另一根為接收線。一般情況下，MCU的異步串行通信接口均是全雙工的。 半雙工（Half-duplex）：數(shù)據(jù)傳送也是雙向的，但是在這種傳輸方式中，除了地線之外，一般只有一根數(shù)據(jù)線。任何一個(gè)時(shí)刻，只能由一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，不能同時(shí)收發(fā)。在freescale的HC08系列MCU中，監(jiān)控模式的通信就采用這種方式。,（4）串行通信的傳輸方式,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,MCU引腳一般輸入/輸出使用TTL電平，而TTL電平的“1”和“0”的特征電壓分別為2.4V和0.

5、4V，適用于板內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸。為了使信號(hào)傳輸?shù)酶h(yuǎn)，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association） 制訂了串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C。RS-232C采用負(fù)邏輯，-3V-15V為邏輯“1”，+3V+15V為邏輯“0”。RS-232C最大的傳輸距離是30m，通信速率一般低于20Kbps。,8.1.2 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn),嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.1 串行通信基本知識(shí)概要,8.1.2 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn),RS-232接口，簡(jiǎn)稱“串口”，它主要用于連接具有同樣接口的室內(nèi)設(shè)備。目前幾乎所有計(jì)算機(jī)上的串行口都是9芯接口。右圖給出了9芯串行接口的排列位

6、置，相應(yīng)引腳含義見表8-1。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,返回,8.2 SCI的外圍硬件電路與基本編程原理,8.2 SCI的外圍硬件電路與基本編程原理,8.2.1 SCI的外圍硬件電路 （1）電源供給與濾波 （2）晶振電路 （3）復(fù)位電路 （4）SCI電平轉(zhuǎn)換電路,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.2 SCI的外圍硬件電路與基本編程原理,具有串行通信功能的MC68HC908G932最小系統(tǒng)電路原理圖,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.2 SCI的外圍硬件電路與基本編程原理,8.2.2 SCI的基本編程原理,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,返回,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu)

7、,8.3.1 SCI的寄存器 MC68HC908GP32的SCI有7個(gè)寄存器，地址為$0013$0019 。 （1）SCI波特率寄存器(SCI Baud Rate Register，SCBR) SCBR的作用是設(shè)置串行通信的波特率 ，其地址是$0019。 D7、D6、D3：未定義； D5D4 SCP：波特率預(yù)分頻位(SCI Baud Rate Prescaler Bits) SCP1、SCP0=00 01 10 11 PD= 1 3 4 13,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),D2D0 SCR：波特率選擇位（SCI Baud Rate Select Bits），定義波特

8、率另一分頻值，記為：BD，定義如下: SCR2、1、0 =000 001 010 011 100 101 110 111 BD = 1 2 4 8 16 32 64 128 設(shè)fSCI為串行通信時(shí)鐘源頻率，fSCI= fBUS或CGMXCLK，取決于CONFIG2的SCIBDSRC，一般設(shè)定SCIBDSRC=1，SCI用內(nèi)部總線時(shí)鐘，則fSCI= fBUS，則波特率的定義公式為： BtfBUS /（64PDBD）,（1）SCI波特率寄存器(SCI Baud Rate Register，SCBR),嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（2） SCI控制寄存器1(SCI Co

9、ntrol Register 1，SCC1),SCC1的地址是：$0013 ,定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,循環(huán)模式選擇位,SCI允許位,奇偶校驗(yàn)類型選擇位,奇偶校驗(yàn)允許位,空閑線類型位,喚醒條件位,模式-字符長(zhǎng)度選擇位,發(fā)送反轉(zhuǎn)標(biāo)志位,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（3） SCI控制寄存器2(SCI Control Register 2，SCC2),SCC2的地址是：$0014 ,定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,發(fā)送中斷允許位,發(fā)送完成中斷允許位,發(fā)送終止位,接收器喚醒位,接收器允許位,發(fā)送器允許位,空閑線中斷允許位,接收中斷允許位,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（4） SCI

10、控制寄存器3(SCI Control Register 3，SCC3),SCC3的地址是：$0015 ,定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,接收位8,發(fā)送位8,接收器奇偶錯(cuò)誤中斷允許位,接收器幀錯(cuò)誤中斷允許位,接收器噪聲錯(cuò)誤中斷允許位,接收器溢出中斷允許位,DMA發(fā)送允許位,DMA接收允許位,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（5） SCI狀態(tài)寄存器1(SCI Status Register 1，SCS1 ),SCS1的地址是：$0016 ,定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,發(fā)送緩沖區(qū)空標(biāo)志位,發(fā)送完成標(biāo)志位,接收器奇偶錯(cuò)誤標(biāo)志位,接收器幀錯(cuò)誤標(biāo)志位,接收器噪聲標(biāo)志位,接收器溢出標(biāo)志位,接收

11、器空閑標(biāo)志位,接收器滿標(biāo)志位,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（6） SCI狀態(tài)寄存器2(SCI Status Register 2，SCS2 ),SCS2的地址是：$0017 ,定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,未定義,接收進(jìn)行標(biāo)志位,終止碼標(biāo)志位,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（7） SCI數(shù)據(jù)寄存器(SCI Data Register ，SCDR ),SCDR為SCI系統(tǒng)最常用的寄存器，它的地址是：$0018。寫入時(shí)，為要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，記為：T7T0；讀出時(shí)，為接收的8位數(shù)據(jù)，記為：R7R0。不受復(fù)位影響。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（1）SCI初始化

12、 對(duì)SCI進(jìn)行初始化，最少由以下三步構(gòu)成： 第一步：定義波特率。 LDA #%00000010 STA SCBR ;總線頻率fBUS2.4576MHz，定義波特率Bt=9600 第二步：寫控制字到SCI控制寄存器1（SCC1）。 LDA #%01000000 STA SCC1 ;設(shè)置允許SCI，正常碼輸出、8位數(shù)據(jù)、無(wú)校驗(yàn) 第三步：寫控制字到SCI控制寄存器2（SCC2）。 LDA #%00001100 STA SCC2 ;設(shè)置允許發(fā)送、允許接收，查詢方式收發(fā),8.3.2 串行口初始化與收發(fā)編程的基本方法,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.3 SCI模塊的編程結(jié)構(gòu),（2）發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)與接收一個(gè)數(shù)

13、據(jù),發(fā)送數(shù)據(jù)是通過(guò)判斷狀態(tài)寄存器SCS1的第7位（SCTE）進(jìn)行的，而接收數(shù)據(jù)是通過(guò)判斷狀態(tài)寄存器SCS1的第5位（SCRF）進(jìn)行的。不論是發(fā)送還是接收，均使用SCI數(shù)據(jù)寄存器SCDR。發(fā)送時(shí)，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入SCDR即可，接收時(shí)，從SCDR中取出的即是收到的數(shù)據(jù)。 ;串行發(fā)送A中的數(shù) BRCLR 7,SCS1,* ;SCS1.7=0? 為0則等待 STA SCDR ;SCS1.7=1,可以發(fā)送數(shù)據(jù) ;查詢方式接收一個(gè)串行數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)放入寄存器A中 BRCLR 5,SCS1,* ;SCS1.5=0? 為0則等待 LDA SCDR ;SCS1.5=1,可以取出數(shù)據(jù),嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課

14、件,返回,8.4 串行通信編程實(shí)例,8.4 串行通信編程實(shí)例,8.4.1 08匯編語(yǔ)言串行通信子程序 （）SCI初始化匯編子程序 對(duì)串行口的初始化一般在主循環(huán)之前進(jìn)行，即使以中斷方式接收或發(fā)送，在初始化子程序中只定義查詢方式收發(fā)。允許中斷的設(shè)置，在進(jìn)入主循環(huán)之前進(jìn)行。 （2）串行發(fā)送與接收匯編通用子程序 發(fā)送與接收使用同一個(gè)寄存器的不同位作為測(cè)試標(biāo)志，發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)寄存器地址相同。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.4 串行通信編程實(shí)例,（1）查詢方式MCU方主程序 MCU方的程序功能是：把通過(guò)串行口收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。 （2）PC機(jī)方VB程序 PC機(jī)方VB程序的功能是：在“發(fā)送窗口”的文本框

15、輸入字符，單擊“發(fā)送”按鈕，其文本框中的字符被發(fā)送出去。任何時(shí)候，只要PC機(jī)串行口收到數(shù)據(jù)，則顯示在“接收窗口”。 （3）中斷方式MCU方主程序,8.4.2 08匯編語(yǔ)言串行通信測(cè)試實(shí)例,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.4 串行通信編程實(shí)例,（1）SCI初始化08C語(yǔ)言子程序 （2）串行發(fā)送與接收08C語(yǔ)言通用子程序 （3）查詢方式08C語(yǔ)言主程序 （4）中斷方式08C語(yǔ)言主程序 （5）08C語(yǔ)言的串行中斷方式的矢量表文件,8.4.3 08C語(yǔ)言串行通信子程序與測(cè)試實(shí)例,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,返回,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,8.5.1

16、 SPI的基本工作原理 MC68HC908GP32單片機(jī)D口的PTD0PTD3引腳與SPI模塊共用。作為SPI的引腳時(shí)，名稱分別為：SS、MISO、MOSI、SPSCK。 （1）從機(jī)選擇引腳SS(Slave select) 若MCU的SPI工作于主機(jī)方式，置SS為高電平；若SPI工作于從機(jī)方式，當(dāng)SS=0時(shí)，表示主機(jī)選中了該從機(jī)，反之則未選中該從機(jī)。 （2）主出從入引腳MOSI(Master out/slave in) MOSI是主機(jī)輸出、從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線。 （3）主入從出引腳MISO(Master in/slave out) MISO是主機(jī)輸入、從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線。 （4）SPI串行時(shí)鐘引腳SPS

17、CK(SPI serial clock) SPSCK用于控制主機(jī)與從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,主MCU和從MCU的連接,下圖是一個(gè)主MCU和一個(gè)從MCU的連接，也可以一個(gè)主MCU與多個(gè)MCU進(jìn)行連接形成一個(gè)主機(jī)多個(gè)從機(jī)的系統(tǒng)；還可以多個(gè)MCU互聯(lián)構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)；另外也可以一個(gè)MCU掛接多個(gè)從屬外設(shè)。,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,MC68HC908GP32的SPI模塊有3個(gè)寄存器，它們對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址為$0010$0012 。 （1）SPI數(shù)據(jù)寄存器（SPI Data Register，SPDR

18、） SPDR的地址是$0012。寫入時(shí)，為要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，記為：T7T0；讀出時(shí)，為接收的8位數(shù)據(jù)，記為：R7R0。它們的特點(diǎn)與SCI數(shù)據(jù)寄存器相似。在實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，SPDR由兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)寄存器組成，即只能寫入的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和只能讀出的接收數(shù)據(jù)寄存器，它們共用一個(gè)地址。,8.5.2 SPI的寄存器,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,（2）SPI控制寄存器（SPI Control Register，SPCR）,SPCR一般情況下只能復(fù)位時(shí)寫一次，以后不再對(duì)其寫入，不再更改對(duì)SPI的設(shè)置。SPCR的地址是$0010，定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,S

19、PI接收中斷允許位,DMA選擇位,SPI發(fā)送中斷允許位,SPI允許位,SPI線或模式位,時(shí)鐘相位位,時(shí)鐘極性選擇位,SPI主機(jī)位,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,（3）SPI狀態(tài)和控制寄存器 （SPI Status and Control Register，SPSCR）,SPSCR的地址是$0011，定義為：,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,SPI接收器滿標(biāo)志位,錯(cuò)誤中斷允許位,SPI波特率選擇位,模式錯(cuò)誤標(biāo)志允許位,SPI發(fā)送器空標(biāo)志位,模式錯(cuò)誤標(biāo)志位,溢出標(biāo)志位,SPI的波特率 = CGMOUT/(2xBD)。BD是分頻系數(shù)，由SPR1、SPR0位決定： SPR1、SPR0 = 00

20、01 10 11 BD = 2 8 32 128,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,（1）SPI初始化 第一步： 寫控制字到SPCR，確定是否允許SPI接收中斷、SPI的工作方式、時(shí)鐘極性、時(shí)鐘相位、是否允許SPI等。例如： LDA #%00100010 ;不產(chǎn)生中斷、主機(jī)方式、時(shí)鐘空閑低電平 STA SPCR 第二步：寫控制字到SPSCR，確定SPI的波特率： LDA #%00000001 ;8分頻 STA SPSCR,8.5.3 SPI編程基本方法,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.5 SPI模塊的編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例,（2）發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)與接收一個(gè)數(shù)據(jù) 要通過(guò)SPI發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)

21、SPI接收一個(gè)數(shù)據(jù)，作為主機(jī)方，只要將數(shù)據(jù)送入SPDR，然后檢查SPSCR的SPTE位（位3），如果該位為1，表示數(shù)據(jù)已經(jīng)送出。若同時(shí)接收對(duì)方送來(lái)的數(shù)據(jù)，則接著檢查SPSCR的SPRF位（位7），如果該位為1，表示要接收的數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器，可以取出。例如：下列程序發(fā)送A中數(shù)據(jù)，同時(shí)接收對(duì)方數(shù)據(jù)放入A中： STA SPDR ;送入SPDR NOP ;適當(dāng)延時(shí) NOP BRCLR 3,SPSCR,* ;為0等待,即等待SPTE(位3)為1，發(fā)送完畢 BRCLR 7,SPSCR,* ;為0等待,即等待SPRF(位7)為1，接收完畢 LDA SPDR ;取收到的數(shù)據(jù)到寄存器A中,8.5.3 SP

22、I編程基本方法,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,返回,8.6 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,8.6 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,8.6.1 TLC2543芯片簡(jiǎn)介 （）TLC2543的引腳,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.6 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,TLC2543引腳說(shuō)明,嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.6 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,控制字的格式 控制字為從DATA INPUT端串行輸入TLC2543芯片內(nèi)部的8位數(shù)據(jù)，它告訴TLC2543要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、輸出數(shù)據(jù)的格式。 TLC2543的內(nèi)部寄存器 輸入數(shù)據(jù)寄存器存放從DATA INPUT端移

23、入的控制字。 輸出數(shù)據(jù)寄存器存放轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，以供從DATA OUT端移出。,（2）TLC2543的編程要點(diǎn),嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件,8.6 SPI應(yīng)用實(shí)例高位A/D擴(kuò)展接口,轉(zhuǎn)換過(guò)程 上電后，片選CS必須從高到低，才能開始一次工作周期，此時(shí)EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置0，輸出數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容是隨機(jī)的。 開始時(shí),片選CS為高,I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止,DATA OUT呈高阻態(tài)，EOC為高。使CS變低，I/O CLOCK、DATA INPUT使能，DATA OUT脫離高阻態(tài)。12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/O CLOCK端依次加入，控制字從DATA INPUT一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(高位先送入)，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATA OUT一位一位地移出。TLC2543收到第4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，因此，此時(shí)TLC2543開始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。在第12個(gè)時(shí)鐘下降沿，EOC變低，開始